Методика эксперимента. Для определения коэффициента взаимной диффузии воздуха и водяного пара рассмотрим частично заполненную водой узкую трубку постоянного сечения S (капилляр)

Для определения коэффициента взаимной диффузии воздуха и водяного пара рассмотрим частично заполненную водой узкую трубку постоянного сечения S (капилляр), открытую с одного конца. Ось OX направим вдоль оси капилляра. На границе с водой (x=0) парциальное давление водяного пара p_п в трубке равняется давлению насыщенного пара p_н при температуре опыта. Давление водяного пара в капилляре меняется вдоль оси OX от значения p_н до давления p₁ около открытого конца капилляра. Давление p₁ определяется влажностью воздуха в лаборатории. Таким образом, если предположить, что на расстоянии dx вдоль оси трубки давление водяного пара меняется на dp_п, то градиент парциального давления пара равен , и в трубке возникает диффузионный поток пара , направленный вверх.

Масса пара, которая переносится через площадь поперечного сечения капилляра за одну секунду, согласно формулам (1.9) и (1.10), равна:

. (1.19).
Плотность пара можно выразить через его парциальное давление, используя уравнение состояния идеального газа, следующим образом:

, (1.20)
здесь – молярная масса воды, – универсальная газовая постоянная.

Подставляя (1.20) в формулу (1.19), получим6

. (1.21)

С другой стороны, массу пара можно выразить через скорость понижения жидкости в капилляре:

, (1.22)
где – плотность воды, а – понижение уровня жидкости в капилляре за время .

Подставляя соотношение (1.22) в уравнение (1.21), получим

.
Интегрируя последнее равенство, получим:

или

,
откуда найдём коэффициент взаимной диффузии :

, (1.23)
где – расстояние от поверхности воды до верхнего края капилляра. Формулу (1.23) можно использовать для экспериментального определения коэффициента взаимной диффузии воздуха и водяного пара.

Поиск по сайту: