IV. Обработка результатов измерений
6. По формуле (1.11) вычислить gi для каждого измерения. 7. Рассчитать среднее арифметическое значение <g>=Sgi/N, где N – количество измерений. 8. Вычислить абсолютные погрешности каждого измерения по формуле Dgi =<g> - gi 9. Определить среднюю арифметическую случайную погрешность <Dg>=S½Dgi ½/N. 10. Занести в таблицу конечный результат. V. Вывод: Показатель адиабаты для воздуха γ=<g>±Δg = …±… Контрольные вопросы 1. Что называют термодинамической системой? Какие виды т-д систем различают? 2. Что называется внутренней энергией системы? Сформулируйте первое начало т-д. 3. Приведенная теплота и энтропия в обратимом и необратимом процессе. Второе начало термодинамики. 4. Термодинамическое и статистическое (вероятностное) толкование энтропии. 5. Принцип Пригожина. 6. Что называется теплоемкостью т-д системы? Теплоемкость при постоянном объеме и при постоянном давлении. 7. Уравнение Майера и физический смысл универсальной газовой постоянной. 8. Опишите установку, объясните происходящие при выполнении работы процессы и диаграмму Р-V состояния воздуха при этих процессах. 9. Что такое удельный объем газа? 10. Какой процесс называется адиабатическим? Почему его еще называют изоэнтропийным процессом? 11. Напишите уравнение Пуассона. Почему коэффициент Пуассона g >1?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 (1-15)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ ПО МЕТОДУ СТОКСА
Цель работы: определение коэффициента динамической вязкости жидкости, а также числа Рейнольдса при движении в жидкости. I. Описание установки. Приборы и принадлежности. Жидкость налита в стеклянный цилиндрический сосуд, позволяющий наблюдать падение стального шарика в жидкости (см. рис.1.3). Для измерения скорости падения шарика потребуются: 1) секундомер; 2) измерительная шкала; 3) микрометр - для измерения диаметра шарика.
Рис. 2.1. Схема установки и силы, действующие на падающий шарик.
Прибор для определения коэффициента вязкости жидкости методом падающего шарика представляет собой высокий стеклянный цилиндр, наполненный исследуемой жидкостью. На наружной поверхности цилиндра нанесены метки А и В на расстоянии l друг от друга (рис. 2.1), относительно которых фиксируется движение падающего шарика. Верхняя метка располагается ниже уровня жидкости настолько, чтобы скорость шарика к моменту прохождения этой метки успевала установиться. В качестве исследуемой жидкости выбран глицерин. Плотность глицерина 1,2×103 кг/м3. В работе рассматривается падение в глицерине стального шарика; его плотность равна rc = 7,8×103 кг/м3. II. Методика работы. Свойство сред (жидкостей и газов) оказывать сопротивление движению в них инородных тел называется внутренним трением, или вязкостью. Это явление было изучено Исааком Ньютоном (1643-1727гг.) Вязкость проявляется в том, что при сдвиге соседних слоев среды относительно друг друга возникает сила противодействия – напряжение сдвига и, следовательно, сила сопротивления, которая для обычных сред пропорциональна величине скорости v относительного движения слоев. Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом динамической вязкости, или просто вязкостью h среды. Из закона вязкого трения Ньютонa следует, что h = F / S(du/dx) (2.1) Единица измерения вязкости в системе СИ: [h] = кг·м-1·с-1 = Па·с В 1851г. английский физик и математик Джордж Габриель Стокс установил, что сила сопротивления, испытываемая твердым шаром при его медленном поступательном движении в неограниченной вязкой жидкости (в соответствии с законом вязкого трения Ньютона), прямо пропорциональна величине скорости v шарика, направлена навстречу движению v и описывается формулой, носящей имя Стокса: Fс = 6p h r v, (2.2) где r – радиус шарика. На шарик, находящийся в сосуде с жидкостью, действуют следующие силы: 1) сила тяжести, направленная вниз, к центру Земли Fт = mg =Vrcg = pd3rcg/6 (2.3) 2) выталкивающая сила Архимеда (ок. 287-212 до н.э.), направленная вверх FА = V rгл g = pd3rгл g/6 (2.4) 3) сила сопротивления жидкости (сила Стокса), также направленная вверх: Fс = 3p h d v (2.5) Здесь d – диаметр шарика, V - его объем, rс и rгл - плотности стали и глицерина соответственно, g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения. При установившемся движении скорость шарика постоянна, т.е. ускорение его движения равно нулю, и, следовательно, по 2-му закону Ньютона, результирующая всех сил также равна нулю. С учетом знаков: F рез = Fс+ FА - Fт = 0 (2.6) Подставим в (2.6) выражения сил из (2.3), (2.4) и (2.5) и получим: pd3 (rc -rгл) g/6=3p h d v,(2.7) откуда коэффициент вязкости h = d2 (rc -rгл) g/18v (2.8) Так как скорость v=l/t, где l- расстояние, пройденное шариком при установившемся движении за время t, то расчетная формула для определения коэффициента вязкости приобретает вид: h = d2 (rc -rгл) g t /18 l (2.9) Здесь d, l, t – непосредственно измеряемые величины; rc и rгл –берется из таблиц физических величин.
III. Порядок измерений и таблица результатов. 1. С помощью линейки измерить расстояние l между рисками А и В на мерной шкале, расположенной за стеклянным цилиндром. 2. С помощью микрометра измерить диаметр шарика d. 3. Осторожно опустить шарик сверху в глицерин примерно в центре сечения сосуда. 4. С помощью секундомера определить время t прохождения шарика между рисками А и В . 5. Результаты измерений занести в таблицу измерений. 6. Повторить измерения по пунктам 2¸5 еще с 4-мя шариками разных диаметров.
Таблица
IV. Обработка результатов измерений. 1. Рассчитать значения коэффициентов вязкости по формуле (2.9) для каждого опыта. 2. Определить среднее арифметическое значение вязкости: hср =S |hi |/n , где n = 5. 3. Определить отклонение Dhi для каждого опыта: Dhi = hср -hi . 4. Рассчитать среднюю погрешность определения вязкости: Dhср =SDhi /n. 5. Рассчитанные значения занести в таблицу.
V. Вывод: Коэффициент вязкости глицерина, определенный по методу Стокса равен: h = ( hср + Dhср ) = ( ... + ... ) Па ×с
Контрольные вопросы
1. Какие т-д системы называют неравновесными? Назовите основные явления переноса. 2. В чем заключается явление диффузии? Запишите закон Фика и поясните его суть. 3. В чем заключается явление теплопроводности? Запишите закон Фурье и поясните его суть. 4. В чем заключается явление вязкого трения? Запишите закон Ньютона и поясните его суть. 5. Как объясняются явления переноса с точки зрения молекулярно-кинетической теории? 6. Поясните, как явление внутреннего трения в жидкости иллюстрирует принцип противодействия Ле Шателье-Брауна. 7. Ламинарное и турбулентное течение жидкости. Критерий Рейнольдса. 8. Является ли определение вязкости по методу Стокса прямым или косвенным измерением? 9. Определите размерность коэффициента вязкости в системе Си, используя формулу Стокса. 10. Выведите расчетную формулу для коэффициента вязкости.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 (I-I6)
Популярное: Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (761)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |