Определение длины свободного пробега и эффективного диаметра молекул газа по коэффициенту внутреннего трения

Коэффициент внутреннего трения (вязкости) для газа может быть найден из формулы Пуазейля: , (1) حيث радиус капилляра, его длина, разность давлений на концах капилляра, которой обосновано течение газа, – الوقت, в течение которого протекает объем газа, равный V. Потому что все величины в правой части формулы (1) доступны измерению, то этой формулой можно конкретно воспользоваться для определения коэффициента внутреннего трения газа. من ناحية أخرى, кинетическая теория устанавливает определенное соотношение меж коэффициентом внутреннего трения газов, средней длиной свободного пробега молекул газа и средней скоростью их движения. Это соотношение заурядно пишут в таком виде: (2) где rплотность газа, средняя длина свободного пробега газовых молекул, средняя (арифметическая) скорость их движения. Численное значение коэффициента k находится в зависимости от сил взаимодействия меж молекулами газа и приближенно равняет 0,5. Таким макаром, الصيغة (2) воспринимает вид: . (3) Если известна температура газа, при которой определялся коэффициент внутреннего трения h, то средняя скорость газовых молекул может быть найдена по известному выражению: , (4) где Rуниверсальная газовая неизменная, T – абсолютная температура газа, م – الوزن الجزيئي. Плотность r газа берется при тех критериях (давлении и температуре) , при которых определялось , и определяется из уравнения Клапейрона: . (5) И из формулы (3) можно отыскать длину свободного пробега. Известное соотношение (6) позволяет отыскать действенный поперечник молекул газа, если понятно . n – Число молекул газа n при данных критериях (температуре и давлении) в единице объема. ,

حيث число молекул в 1при обычных критериях (число Лошмидта). Таким макаром, измерив коэффициент вязкости газа, можно отыскать длину свободного пробега и действенный поперечник его молекул

Выполнение работы

Сосуд A (سم. рис.) с краном в нижней части заполнен водой так, чтоб уровень воды не выходил за границы шкалы S, укрепленной на сосуде. Капилляр K находится в цилиндре C, который закрыт сверху и имеет оливки для впуска пара, если измере­ния выполняются при температуре паров кипящей воды. Капилляр соединен со змеевиком сравнимо огромного поперечника, один конец которого q выходит наружу, через него газ поступает в капилляр. Если открыть кран L, то вода будет изливаться из сосуда, а через капилляр воздух будет засасываться в него. При всем этом следует подразумевать, что правильные результаты опыта будут в этом случае, если истечение воды определяется поперечником капилляра K, а не отверстием крана L.

Для определения коэффициента вязкости необходимо знать Радиус капилляра r определяют на отрезанном от него куске микроскопом. Измерения следует создавать пару раз в различных направлениях, после этого вычисляют среднее значение. الضغط , под которым втекает воздух в капилляр, V и находят таким макаром. Если открыть кран L, то поначалу вода из него выливается непрерывной струйкой благодаря некому лишнему давлению над поверхностью воды в сосуде, но скоро она начинает вытекать сериями капель, потому что капилляр узенький и воздух проникает через него медлительно. Пустой стаканчик, за ранее перед этим взвешенный, подставляют после некий очередной серии капель и сразу пускают секундомер. Сходу же замечают по шкале S высоту уровня воды . Когда в стаканчике будет примерно 50-70 الماء, его убирают, секундомер останавливают и замечают новый уровень воды в сосуде. По весу воды в стаканчике находят объем воздуха, вошедшего че­рез капилляр в сосуд, другими словами V . الضغط, под которым вте­кает воздух в сосуд, سوف По приобретенным данным находят h. Потом, измерив комнатную температуру и барометрическое давление воздуха, تعريف и r и находят , а потом уже s. Таковой же опыт делают при температуре паров кипящей воды, пропуская через цилиндр C пар от кипятильника. Измерение начинают через пару минут после того, как пар начал выходить из оливки.