- •Кафедра физики
- •Астраханский государственный технический университет
- •Т.К. Величина du является полным дифференциалом, то из (2) следует, что удельная изохорная теплоемкость равна
- •Для молярных теплоемкостей идеального газа получим формулу Майера
- •Дифференциальное уравнение адиабатного процесса (адиабаты) можно представить в следующем виде
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Краткая теория работы
- •Из уравнения (3) с учетом (1) и (2) получим
- •Разность давлений δp может быть измерена дифференциальным манометром, соединённым с капилляром. Эффективный диаметр молекулы определяется по формуле:
- •Описание установки
- •Контрольные вопросы
- •Контрольные вопросы
- •Измерение теплоемкости материалов
- •Порядок выполнения работы
- •Краткая теория
- •Порядок проведения измерений
- •Контрольные вопросы
- •Литература
Литература
Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики М.: Высш. шк., 2002. с. 114–125, 146-148.
Савельев И.В. Курс общей физики. Т.1. – М.: Наука, 1977, §§ 87, 88, 97.
Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. Т.1. – М.: Наука, 1972, §§ 32, 33.
Лабораторная работа № 2
Определение средней длины свободного пробега, эффективного диаметра молекул воздуха и динамической вязкости воздуха
Цель работы: Методом продувания воздуха через капилляр по динамической вязкости определить длину свободного пробега и эффективный диаметр молекул воздуха
Приборы и принадлежности: экспериментальная установка, барометр, термометр
Краткая теория работы
Состояние газа характеризуют основными параметрами: давлением P, температурой Т и объёмом V. Состояние вещества называется равновесным, если все его элементарные объемы имеют одинаковые параметры.
П ри выводе вещества из состояния равновесия, возникают явления, стремящиеся вернуть его в прежнее или новое состояния равновесия. В основе этих явлений лежит один и тот же молекулярный механизм – тепловое поступательное движение молекул, которые переносят массу (диффузия), энергию (теплопроводность), и импульс (внутреннее трение).
Рассмотрим явление переноса импульса – внутреннее трение.
При изменении скорости U в потоке газа или жидкости вдоль координаты y на границе между двумя смежными слоями действуют сила внутреннего трения Fтр, величина которой при ламинарном режиме течения определяется по закону вязкостного трения Ньютона:
Fтр = η S, (1)
где динамическая вязкость (коэффициент внутреннего трения), Пас;
– градиент скорости, т.е. производная в направлении внешней нормали (ось у) к поверхности слоя;
S – величина площади поверхности слоя, по которой действует сила Fтр .
Рассмотрим два слоя движущихся со скоростями U1 и U2 и находящихся от площади S на расстоянии средней длины свободного пробега молекул (среднее расстояние , которое проходит молекула при тепловом поступательном движении между двумя последовательными столкновениями). За единицу времени через поверхность S в направлении оси y из одного слоя в другой пройдёт количество молекул, равное
N = n S,
где n – концентрация молекул, м–3;
средняя скорость теплового движения молекул.
Умножив это количество молекул на импульс одной молекулы слоя, т.е. на m0U, получим импульс движущихся слоёв газа. В итоге импульс более быстро движущегося слоя (со скоростью U2) убывает, а более медленно движущегося (со скоростью U1) – возрастает.
Поток импульса через поверхность S на границе слоев
= Nm0 (U1– U2) = n S m0(U1 – U2),
где n∙m0 = ρ – плотность газа.
Выражая разность скоростей слоёв через градиент скорости
U1 – U2 = – 2 ,
получим
= – ρ S (2)
Согласно второму закону Ньютона сила трения равна производной импульса по времени
= – Fтр, (3)
где Fтр – сила трения, возникающая между слоями, движущимися с разными скоростями.
Знак минус в уравнении обусловлен тем, что импульс «течет» в направлении убывании скорости U.