1. Що називається вологим повітрям?
2. Закон Дальтона стосовно до вологого повітря.
3. Що називається абсолютною вологістю?
5. Що називається відносною вологістю повітря?
6. Що називається точкою роси?
7. Як отримати стан вологого повітря, відповідне точці роси?
8. До чого призводить охолодження повітря нижче точки роси?
9. Що таке ентальпія?
Лабораторна робота № 2-03
ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА В'ЯЗКОСТІ РІДИНИ
Мета роботи. вивчення властивостей в'язкої рідини і ознайомлення з методом Стокса, експериментальне визначення коефіцієнта в'язкості гліцерину.
Прилади й приналежності. скляний циліндр з гліцерином, кулька малого діаметра, мікрометр, секундомір, пінцет, масштабна лінійка.
Внутрішнім тертям (в'язкістю) називається явище виникнення сил, що перешкоджають відносному переміщенню шарів рідини або газу. Рідина, що володіє внутрішнім тертям, називається в'язкою.
Основний закон в'язкої течії був встановлений Ньютоном:
де сила внутрішнього тертя F - тангенціальна (дотична) сила, спрямована уздовж дотичних шарів і викликає зрушення шарів рідини (газу) один щодо одного; S - площа дотику рухомих шарів; - градієнт швидкості, що дорівнює зміні швидкості руху шарів на одиницю довжини dx в напрямку, перпендикулярному напрямку руху шарів (характеризує швидкість зміни швидкості від шару до шару) (рис. 1).
Мал. 1. Розподіл швидкостей шарів
вздовж розтину труби повільно
поточної в'язкої рідини
Мал. 2. Сили, що діють на падаючий
в рідини кулька
Величина η називається коефіцієнтом внутрішнього тертя або коефіцієнтом динамічної в'язкості і характеризує опір рідини (газу) зміщення її шарів. Коефіцієнт в'язкості η є фізична величина, чисельно рівна силі внутрішнього тертя, що діє на одиницю площадіSсопрікасающіхся шарів при градієнті швидкості, що дорівнює одиниці:
В системі СІ одиниця вимірювання коефіцієнта в'язкості [η] = Па · с.
Величина φ = називається плинністю.
Внутрішнє тертя є одним з явищ переносу. Явища переносу складаються у виникненні спрямованого перенесення фізичної величини: маси (дифузія), внутрішньої енергії (теплопровідність) або імпульсу (внутрішнє тертя) при наявності просторових неоднорідностей цієї величини в системі. Перенесення фізичної величини відбувається в напрямку, протилежному його градієнту, що наближає систему до рівноважного стану (при якому середні значення всіх величин, що характеризують стан, що не залежать від часу).
Внутрішнє тертя в рідинах і газах обумовлено перенесенням імпульсу молекул при тепловому русі з шару, що рухається з більшою швидкістю, в шар, який рухається з меншою швидкістю, що призводить до уповільнення швидше рухається шару і прискоренню повільніше рухається шару. Значення коефіцієнта в'язкості рідин на кілька порядків більше, ніж для газів через значно більших сил взаємодії між молекулами рідини в порівнянні з газами. Коефіцієнт в'язкості рідин залежить від роду рідини і зменшується з підвищенням температури і зростанням тиску. Коефіцієнт в'язкості газів збільшується при підвищенні температури пропорційно і не залежить від тиску.
Коефіцієнт в'язкості може бути визначений методом падаючої кульки у в'язкому середовищі - методом Стокса. Розглянемо падіння кульки у в'язкій спочиває рідини. На кульку масою т і радіусом r. падає зі швидкістю в рідині з в'язкістю діють три сили: сила тяжіння, що виштовхує сила, сила опору (рис. 2).
Сила тяжіння дорівнює, (3)
де ρш - густина кульки; V - об'єм кульки; r - радіус кульки; g - прискорення сили тяжіння.
Виштовхуюча сила визначається за законом Архімеда: на тіло, занурене в рідину (газ), діє з боку цієї рідини (газу) виштовхує сила, рівна вазі витісненої тілом рідини (газу), спрямована по вертикалі вгору і прикладена до центру тяжіння витісненого об'єму:
, (4) де mж - маса витісненої кулькою рідини; ρж - щільність рідини.
Сила опору руху, обумовлена силами внутрішнього тертя між шарами рідини, залежить від швидкості руху тіла, його розмірів і форми. Як встановив Стокс, для тел кулястої форми, що рухаються з невеликою швидкістю, модуль сили опору рідини Fс пропорційний швидкості руху υ. радіусу кулі r і коефіцієнтом в'язкості рідини :
Підкреслимо, що тут грає роль не тертя кульки об рідину, а тертя окремих шарів рідини один про одного, так як при зіткненні твердого тіла з рідиною до поверхні тіла негайно ж прилипають молекули рідини. Тіло обволікається шарами рідини і пов'язане з ними молекулярними силами. Безпосередньо прилягає до тіла шар рідини рухається разом з тілом зі швидкістю руху тіла. Цей шар захоплює в своєму русі сусідні шари рідини, які на деякий період часу приходять в плавний рух.
Формула Стокса застосовна також і до випадку падіння дощових крапель в атмосфері.
Рівняння динаміки для рухомого в рідини кульки має вигляд
Так як сили Р і FА постійні, а сила FС зростає зі збільшенням швидкості руху кульки, то у якійсь точці часу ці сили урівноважать один одного, т. Е. Рівнодіюча всіх сил стане рівною нулю: P-FA-FC = 0, і, отже, з цього моменту часу кулька буде рухатися рівномірно. тоді
Оскільки швидкість рівномірного руху кульки в рідини визначається за формулою, де t - час, за яке кулька пройшов відстань l. а радіус кульки r дорівнює половині його діаметра D, то отримаємо остаточний вираз для коефіцієнта в'язкості рідини
Вказівки до роботи. значення щільності рідини і матеріалу кульки вказані на приладі.
Контрольні питання
1. Яка рідина називається в'язкою?
2. Дати визначення сили внутрішнього тертя.
3. Дати визначення коефіцієнта в'язкості і його одиницю виміру в СІ.
4. Що називається градієнтом швидкості і який фізичний зміст він має?
5. Що таке явища переносу?
6. Який молекулярний механізм внутрішнього тертя?
7. Як залежить в'язкість рідин і газів від температури і тиску?
8. У чому суть методу Стокса?
9. Які сили діють на кульку, що падає в рідині? Показати їх на кресленні.
10.Опишите рух кульки в рідині. Коли рух кульки стає рав-
11. Сформулювати закон Архімеда.
12. Записати закон Стокса у векторній формі. Коли він виконується?
13. Вивести формулу для коефіцієнта в'язкості рідини методом Стокса.
Лабораторна робота № 2-04
Схожі роботи:
Механіка, молекулярнаяфізіка і термодинаміка
Навчальний посібник >> Фізика
зі швидкістю. Взаємозв'язок маси і енергії. Молекулярнаяфізіка і термодинаміка 1. Ф і з і ч е с к и ї о с н о в и м о л е к у л я р н о - до і н е т і ч е с. ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНОЙФІЗІКІ І ТЕРМОДІНАМІКІМолекулярнаяфізіка і термодинаміка - розділи фізики. в.
Механіка молекулярнаяфізіка і термодинаміка
МЕХАНІКА, МОЛЕКУЛЯРНАЯФІЗІКА І ТЕРМОДИНАМІКА Конспект лекцій для 1 семестру вивчення курсу «Фізика» I. МЕХАНИКА. Dm × c2. II. ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНОЙФІЗІКІ І ТЕРМОДІНАМІКІМолекулярнаяфізіка і термодинаміка - розділи фізики. в яких вивчаються макроскопічні.
Молекулярнаяфізіка. теплові явища
Основи термодинаміки. Молекулярнаяфізіка
Контрольна робота >> Фізика
Основи термодінамікіМолекулярнаяфізіка і термодинаміка займаються явищами. методу: - статистичний (молекулярно -кінетіческій), коли властивості макроскопічної. обсягу системи. Робота в термодинаміці визначається співвідношенням Приріст обсягу системи.
Модульні завдання по 1 частини курсу фізики
і спеціальних дисциплін. Глибоке знання фізики необхідно студентам інженерно-педагогічних спеціальностей. кінематика і динаміка поступального і обертального рухів, молекулярнаяфізіка і термодинаміка. По кожному розділі передбачено 30.