Теоретичні відомості. Порядок виконання роботи

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ДИНАМІЧНОЇ В’ЯЗКОСТІ РІДИН МЕТОДОМ СТОКСА

Лабораторна робота № 181

Контрольні питання

Порядок виконання роботи

1. При закритому крані К накачати в балон повітря, щоб у манометрі була значна різниця рівнів рідини (100 - 160 мм). Зафіксувати різницю рівнів h₁, що остаточно встановилася в манометрі після охолодження нагрітого газу до температури навколишнього середовища при стисненні повітря.

2. Відкрити кран К і, коли рівні манометричної рідини зрівняються, швидко закрити його. Через 2 - 3 хв. зафіксувати різницю рівнів h_2. За формулою (162.9) обчислити відношення C_p/C_V для повітря і порівняти з теоретично знайденим, вважаючи повітря двохатомним газом.

3. Дослід повторити не менш, як 6 разів при різних показаннях манометра. Здобуті результати занести в таблицю. Обчислити середнє значення шуканої величини і похибки її вимірювань.

Таблиця 162.1

Номер досліду	h1	h2	γ
Середнє	-	-

4. Шукане значення показника адіабати записати у вигляді g = g_сер + Δγ. Зробити висновок, порівнявши дослідне значення γ з обчисленим теоретично за формулою 162.5

1. Які величини називають молярною, питомою теплоємностями? Назвати їх одиниці вимірювання.

2. Чому С_р > С_V?

3. Записати І закон термодинаміки для різних ізопроцесів.

4. Як теоретично визначити γ?

5.Яку величину називають ступенем вільності? Чому дорівнює число ступенів вільності для різних молекул?

Мета роботи: ознайомитись з одним із методів вимірювання коефіцієнта динамічної в’язкості рідин та визначити коефіцієнт динамічної в’язкості заданої рідини.

Прилади і матеріали: скляний циліндр висотою 70 см, діаметром 3...6 см, закріплений на підставці; досліджувана рідина (гліцерин, машинне масло та ін.); сталеві кульки різного діаметру; мікрометр, секундомір.

В’язкість – явище виникнення опору між шарами рідини (газу), які рухаються паралельно один одному з різними швидкостями.

У потоках реальних рідин поблизу поверхонь змочуваних твердих тіл різні шари рідин мають неоднакову швидкість. Швидкість шару, який безпосередньо прилягає до поверхні твердого тіла, дорівнює нулю; а в міру віддалення від поверхні твердого тіла швидкість шарів рідини збільшується. Інакше кажучи, в таких потоках спостерігається рух одних шарів рідини або газу відносно інших (в напрямку, перпендикулярному до потоку, існує градієнт швидкості).

Явище внутрішнього тертя (в’язкості) при ламінарній течії підлягає закону Ньютона: ∆F = – h S (181.1)

де ΔF- сила внутрішнього тертя, що діє між шарами; η - коефіцієнт динамічної в’язкості, Па·с; dJ/dx - зміна швидкості руху шарів на одиницю довжини x в напрямі внутрішньої нормалі до поверхні шару - градієнт швидкості.

Фізичний зміст коефіцієнта динамічної в’язкості η видно з формули (181.1). Коефіцієнт внутрішнього тертя (в’язкості) чисельно дорівнює силі внутрішнього тертя, що діє на одиницю площі поверхні шару при градієнті швидкості, який дорівнює одиниці.

Крім динамічної в’язкості, використовують також кінематичну , м²/с; де ρ- густина речовини.

В’язкість рідин і газів зумовлена перенесенням імпульсу напрямленого руху їх частинок при переході останніх з шару в шар за рахунок хаотичного руху.

Найбільш поширений метод визначення коефіцієнта в’язкості рідин - метод Стокса, який ґрунтується на вимірюванні швидкості рівномірного руху тіла сферичної форми (кульки) в досліджуваній рідині. За законом Стокса сила в’язкості рідини пропорційна коефіцієнту в’язкості η, радіусу кульки r і швидкості її руху J: F = 6p η r J (181.2)

При падінні кульки в рідині ця сила спочатку зростає. Потім при зрівноваженні сили в’язкості, архімедової сили F_A та сили тяжіння P (P=F + F_A) рух кульки стає рівномірним згідно І закону Ньютона (див. рис. 181.1). Підставимо значення цих сил і дістанемо

πr³ρg = πr³ρ₁ g + 6πηr ;

звідки η = gr², (181.3)

де ρ, ρ₁ - густина відповідно тіла та рідини, в якій воно падає; g- прискорення вільного падіння.

Для визначення в'язкості рідини формула (181.3) справедлива для випадку твердої кульки, яка рухається рівномірно без обертання при відсутності турбулентності, та якщо рідина гідродинамічно нестислива, гомогенна і має необмежену протяжність у всіх напрямках (радіус кульки не перевищує 1/10 радіуса циліндра, в якому знаходиться досліджувана рідина).

Дата добавления: 2014-11-25