Порядок выполнения работы. 1. Сначала тело с известной удельной теплоемкостью (с) взвешивают на весах и определяют его массу (m)

1. Сначала тело с известной удельной теплоемкостью (с) взвешивают на весах и определяют его массу (m).

2. Опускают это тело в нагреватель, где температура t = 100°С.

3. В калориметр наливают воду известной массы (m₁) и термометром измеряют ее температуру (t₁).

4. Нагретое, до температуры (t₁) тело с известной удельной теплоемкостью опускают в калориметр и определяют установившуюся температуру (q).

5. Тело с неизвестной удельной теплоемкостью взвешивают на весах и определяют его массу (m _x).

6. Опускают его в нагреватель с температурой (t = 100°C).

7. В калориметр наливают воду известной массы (m¢₁) и термометром измеряют ее температуру (t¢₁).

8. Затем нагретое до температуры (t) тело опускают в калориметр и определяют установившуюся температуру (q ¢).

9. С помощью уравнения (9) находим неизвестную удельную теплоемкость.

10. Сравнивая полученный результат с табличными значениями определяем какое это вещество.

11. Все результаты вносим в таблицу (2).

12. Определим относительную погрешность искомой величины.

Таблица 2

Относительную погрешность определим как:

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте уравнение теплового баланса.

2. Каков физический смысл удельной теплоемкости?

3. От чего зависит удельная теплоемкость вещества тела?

4. Можно ли в данной работе вместо воды использовать другую жидкость?

5. Из какого вещества изготовлено тело, удельную теплоемкость которого вы определили?

6. Как связать теплоемкость и удельную теплоемкость.

Литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики. М.: Наука, 1977.т.1. С. 414.

2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высшая школа, 1973. т.1. С.607.

3. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. М.: Высшая школа, 1974. т.1. С.507.

4. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа, 1990. С.478.

5. Ахматов А.С. Лабораторный практикум по физике. М.: Наука, 1980. С.130.

6. Евграфова Н.Н., Каган В.Л. Руководство к лабораторным работам по физике. М.: Высшая школа, 1970. С.382.

Лабораторная работа № 4

Определение динамической вязкости жидкости
по методу Стокса.

Цель работы: Изучение транспортных свойств жидкостей. Определение коэффициента динамической вязкости жидкостей по скорости падения в них шарика.

Оборудование: стеклянный цилиндр, секундомер, шарики, линейка (шкала), микрометр, весы с разновесами, термометр.

Краткая теория:

Вязкость - это свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой. При перемещении одних слоев реальной жидкости относительно других возникают силы внутреннего трения, направленные по касательной к поверхности слоев. Действие этих сил проявляется в том, что со стороны слоя, движущегося быстрее, на слой движущийся медленнее, действует ускоряющая сила. Со стороны же слоя, движущегося медленнее, на слой движущийся быстрее, действует тормозящая сила.

Сила внутреннего трения тем больше, чем больше рассматриваемая площадь поверхности слоев, и зависит от того, насколько быстрее меняется скорость течения жидкости при переходе от слоя к слою.

Рассмотрим течение жидкости между двумя горизонтальными бесконечно плоскими твердыми поверхностями, расположенными на расстоянии “ a ” друг от друга (рис. 1).

Рис. 1.

В вязкой жидкости скорость ее течения будет зависит от координаты y (ось OY перпендикулярна горизонту). У твердых поверхностей скорость будет нулевой и касательной в плоскости, которой принадлежит ось OX.

Разобьем жидкость на слои параллельные плоскостям, настолько тонкие, что скорость течения жидкости по всей толщине слоя можно считать одинаковой. Пусть расстояние Dy = y₂ - y₁ между двумя некоторыми слоями, скорости которых соответственно n_2x n_1x. Для характеристики изменения скорости течения жидкости от координаты y принимается величина Ее предел при называется градиентом скорости вдоль оси OY

(1)

Физический смысл этой величины состоит в том, что он численно равен изменению скорости течения жидкости в направлении оси ox при изменении координаты y на единицу длины. Очевидно, что единицей измерения градиента скорости будет с^-1. Изложенные выше рассуждения имеют место если, не происходит перемешивание слоев жидкости. Такое движение называется ламинарным.

При ламинарном течении сила F внутреннего трения пропорциональна градиенту скорости и площади поверхности взаимодействующих слоев S:

(2)

где h - коэффициент зависящий от природы жидкости, коэффициент внутреннего трения (коэффициент динамической вязкости).

В системе СИ единицей динамической вязкости является Па×с.

В некоторых случаях вместо определенной выше динамической вязкости удобнее пользоваться кинематической вязкостью - отношением динамической вязкости жидкости к ее плотности:

(3)

Иногда вязкость растворов характеризуют относительной вязкостью - отношением вязкости раствора к вязкости растворителя.

Вязкость жидкости зависит от температуры: она резко уменьшается с повышением температуры. Особенно сильно зависит от температуры вязкость масел. Так, например, вязкость касторового масла при повышении температуры от 18 до 40°С падает почти в 4 раза. Поэтому, знание такой характеристики как вязкость крайне необходима в широком диапазоне температур для различных жидкостей.

Методы определения вязкости разнообразны. Один из наиболее простых методов является метод Стокса, который применяется для маловязких жидкостей.

Пусть шарик падает в некоторой жидкости. На него действуют три силы:

Рис. 2.

1)сила тяжести F₁ =

2)архимедова сила

3)сила вязкого трения (формула Стокса).

В формулах r - радиус шарика, r_ш - плотность шарика, r_ж - плотность жидкости, v - скорость шарика, h - коэффициент вязкости.

Сила вязкого трения зависит от скорости движения шарика. При свободном падении шарика в вязкой жидкости наступает момент с которого шарик движется равномерно и прямолинейно. Такое движение шарика называется установившимся. В соответствии с законами классической динамики это возможно при условии:

(4)

В проекции на направление движения шарика:

(5)

Решим это уравнение относительно h

(6)

где v = l/t, т.к. для средней части сосуда, ограниченной рисками А и В, где движение равномерное, l - расстояние, t - время падения шарика между рисками А и В. Подставим выражение для скорости в уравнение (6) тогда:

(7)

Уравнение (7) справедливо лишь тогда, когда шарик падает в безграничной среде. Если шарик падает вдоль оси трубки радиуса R, то приходится учитывать влияние боковых стенок. Поправку в формуле Стокса для такого случая теоретически обосновал Ладенбург. Формула для определения коэффициента вязкости с учетом поправок имеет вид:

(8)

Таблица №1 Плотность некоторых веществ, r×10³ кг/м³, (при 293К)

Таблица №2 Динамическая вязкость, h×10^-3 кг/(м×с).

Порядок выполнения работы;

1. С помощью миллиметровой шкалы измерить расстояние между метками А и В.

2. Измерить диаметр шарика не менее трех раз. Найдя диаметр, как среднее арифметическое из трех измерений, результат записать в таблицу.

3. Измерить массу шарика и вычислить плотность, значение которой записать в таблицу.

4. Опустить шарик в жидкость, включить секундомер в момент прохождения шариком метки А, остановить секундомер в момент прохождения шариком метки В. Измеренное время записать в таблицу.

5. Измерьте диаметр D трубки, в которой падает шарик и запишите его в таблицу.

6. Повторить опыт от 3 - до 5 раз с разными шариками.

7. Вычислить вязкость жидкости.

8. Определить среднее значение динамической вязкости и вычислить кинематическую вязкость при данной температуре. Окончательный результат записать обязательно, указывая температуру жидкости.

9. Найти среднюю абсолютную ошибку измерения как:

10. Найти относительную ошибку как:

.

11. Окончательный результат записать в виде:

Таблица №3.

Контрольные вопросы.

1. Объяснить механизм возникновение вязкого трения.

2. Какие физические величины характеризуют вязкое трение. Их физический смысл.

3. Вывод расчетной формулы.

4. Какие методы определения вязкости Вам известны и чем они отличаются. Содержание этих методов.

5. Определение динамической вязкости.

6. Определение кинематической вязкости.

7. Связь между динамической и кинематической вязкостью.

8. В каких единицах измеряется вязкость?

9. Как изменяется вязкость жидкостей от температуры? Обоснуйте свой ответ.

Литература:

1. Савельев И.В. т.1 стр.102 - 107.1977.

2. Радченко И.В. Молекулярная физика. М.1965.

3. Стрелков С.П. Механика стр. 136 - 143. 1975.

4. Евграфова Н.Н., Каган В.Л. “Руководство к лабораторным работам по физике, 1970, с.63-92.

Лабораторная работа № 5

Определение коэффициента поверхностного
натяжения жидкости

Цель работы: освоить метод отрыва капли для вычисления коэффициента поверхностного натяжения жидкости

Приборы и принадлежности: бюретка с жидкостью в штативе, стакан, термометр, аналитические весы с разновесами, штангенциркуль

Поиск по сайту: