Изучение вязкости воздуха
Явление переноса - процесс установления равновесия в системе путем переноса массы, энергии, импульса молекул. Изучение явления вязкости. Тепловое движение молекул. Сила внутреннего трения (закон Ньютона). Уравнение Менделеева–Клапейрона. Формула Пуазейля.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.05.2013 |
| Размер файла | 83,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1
Размещено на http://www.allbest.ru/
Изучение вязкости воздуха
Явления переноса - это процессы установления равновесия в системе путём переноса массы (диффузия), энергии (теплопроводность) и импульса молекул (внутреннее трение или динамическая вязкость).
В явлении вязкости наблюдается перенос импульса от более быстрых участков потока к менее быстрым. При течении газа или жидкости, например, внутри трубы, скорости слоев различны: их распределение при ламинарном течении показано на рис. 1 (длина стрелки показывает скорость данного слоя).
Рисунок 1
вязкость молекула ньютон менделеев
Причиной этого является хаотическое тепловое движение молекул, при котором они непрерывно переходят из слоя в слой и в соударениях с другими молекулами обмениваются импульсами. Так, молекулы второго слоя, попадая в слой 1, переносят свой импульс направленного движения , а в слой 2 приходят молекулы с меньшим импульсом . В результате второй слой тормозится, а первый - ускоряется. Опыт показывает, что импульс dp, передаваемый от слоя к слою через поверхность S, пропорционален градиенту скорости du/dx, площади S и времени переноса dt:
.
В результате между слоями возникает сила внутреннего трения (закон Ньютона)
где - коэффициент вязкости среды.
Для идеального газа коэффициент вязкости
Средняя длина свободного пробега молекул
,
где k = 1,3810-23 Дж/К - постоянная Больцмана,
d - эффективный диаметр молекул (для воздуха d 410-10 м),
Т, Р - температура и давление газа.
Средняя скорость теплового движения молекул
где R = 8,31 Дж/мольК - универсальная газовая постоянная,
М - масса одного моля газа (для воздуха М = 28,9 г/моль).
Плотность газа согласно уравнению состояния идеального газа
При ламинарном течении через трубу круглого сечения радиусом r (капилляр) и длиной L за время t протекает газ или жидкость, объём V которых определяется по формуле Пуазейля:
где Р - разность давлений на концах капилляра.
Если в баллоне создать избыточное над атмосферным Р0 давление
Р = Р - Р0 = жgh
ж - плотность жидкости в манометре,
h - разность уровней жидкости) и соединить капилляр с атмосферой, то за время dt через капилляр вытечет некоторое количество воздуха, масса которого
dm = dV,
где - плотность воздуха в капилляре, зависящая от давления воздуха, dV - объём вышедшего воздуха.
Давление воздуха в капилляре изменяется от Р0 до Р0 + gh, но так, как gh << Р0, то с достаточной точностью можно принять давление воздуха в капилляре равным атмосферному Р0. Тогда плотность воздуха (из уравнения Менделеева-Клапейрона):
Объём воздуха dV, прошедшего через капилляр за время dt, описывается формулой Пуазейля:
,
а масса воздуха, вытекающего из баллона
Из уравнения состояния идеального газа выразим изменение массы газа dm в баллоне через уменьшение давления в нём.
Так как dP = жgdh, то
Исключая dm, получаем
Решая это дифференциальное уравнение при условии, что за время опыта давление в баллоне уменьшится от жgh0 до жgh, получаем
Таким образом, формула связывает разность давлений h на концах капилляра с временем t истечения воздуха, его вязкостью и размерами капилляра r и L.
Установка состоит из баллона Б, жидкостного манометра М и набора капилляров (1-5), соединенных с баллоном кранами (К1 - К5). Давление воздуха в баллоне до необходимого можно повысить с помощью компрессора при открытом кране К и закрытых кранах (К1 - К5) и К0. Кран К0 используется для практически мгновенного выпускания воздуха из баллона.
В установках капилляры соединены параллельно различного сечения (рис. 2). Если при закрытых кранах К и К0 открыть кран К1 (при закрытых кранах К2 - К5), то воздух из баллона будет вытекать через первый капилляр. Если открыть кран К2 (при закрытых кранах К1, К3, К4 и К5), то воздух будет вытекать через второй капилляр и т.д.
Рисунок 2
Примечание: сечение соединительных трубок много больше сечения капилляра и их сопротивление практически равно нулю, так как сопротивление пропорционально r4 (формула Пуазейля).
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Определение импульса, полной и кинетической энергии электрона. Расчет плотности и молярной массы смеси. Уравнение состояния Менделеева-Клапейрона, описывающее поведение идеального газа. Коэффициент внутреннего трения воздуха (динамической вязкости).
контрольная работа [405,8 K], добавлен 22.07.2012Силы и коэффициент внутреннего трения жидкости, использование формулы Ньютона. Описание динамики с помощью формулы Пуазейля. Уравнение Эйлера - одно из основных уравнений гидродинамики идеальной жидкости. Течение вязкой жидкости. Уравнение Навье-Стокса.
курсовая работа [531,8 K], добавлен 24.12.2013Закон сохранения импульса, закон сохранения энергии. Основные понятия движения жидкостей и газов, закон Бернулли. Сила тяжести, сила трения, сила упругости. Законы Исаака Ньютона. Закон всемирного тяготения. Основные свойства равномерного движения.
презентация [1,4 M], добавлен 22.01.2012Причина возникновения сил вязкого трения в жидкостях. Движение твердого тела в жидкости. Определение вязкости жидкости по методу Стокса. Экспериментальная установка. Вязкость газов. Механизм возникновения внутреннего трения в газах.
лабораторная работа [61,1 K], добавлен 19.07.2007Явления переноса в газах. Число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул в газах. Диффузия газов и внутреннее трение. Вязкость и теплопроводность газов. Коэффициенты переноса и их зависимость от давления. Понятие о вакуумном состоянии.
презентация [2,7 M], добавлен 13.02.2016Сущность метода Стокса по определению коэффициента вязкости. Определение сил, действующих на шарик при его движении в жидкости. Оценка зависимости коэффициента внутреннего трения жидкостей от температуры. Изучение ламинарных и турбулентных течений.
лабораторная работа [1001,4 K], добавлен 15.10.2010Механическое движение. Ускорение при движении по окружности. Основы динамики. Силы упругости. Закон Гука, трение. Гравитационное взаимодействие. Условие равновесия тел. Закон сохранения импульса, энергии в механике. Архимедова сила для жидкостей и газов.
реферат [160,9 K], добавлен 15.02.2016Расчет кинематического коэффициента вязкости масла при разной температуре. Применение формулы Убеллоде для перехода от условий вязкости к кинематическому коэффициенту вязкости. Единицы измерения динамического и кинематического коэффициентов вязкости.
лабораторная работа [404,7 K], добавлен 02.02.2022Определения молекулярной физики и термодинамики. Понятие давления, основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Температура и средняя кинетическая энергия теплового движения молекул. Уравнение состояния идеального газа (Менделеева - Клапейрона).
презентация [972,4 K], добавлен 06.12.2013Основные понятия и определения молекулярной физики и термодинамики. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Температура и средняя кинетическая энергия теплового движения молекул. Состояние идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона).
презентация [1,1 M], добавлен 13.02.2016Изучение триплет-триплетного переноса энергии органических молекул в твердых растворах. Предложена математическая модель, основанная на многоэкспоненциальном характере закона затухания сенсибилизированной фосфоресценции.
доклад [23,7 K], добавлен 22.07.2007Единицы измерения вязкости жидкости. Формула Пуазейля. Ламинарное и турбулентное течения. Число Рейнольдса. Критические явления в магнетизме. Кровяное давление. Геодинамо и магнитные полюса. Сверхбыстрые дождевые капли. Законы жидкого кратерообразования.
презентация [858,5 K], добавлен 29.09.2013Скорости газовых молекул. Обзор опыта Штерна. Вероятность события. Понятие о распределении молекул газа по скоростям. Закон распределения Максвелла-Больцмана. Исследование зависимости функции распределения Максвелла от массы молекул и температуры газа.
презентация [1,2 M], добавлен 27.10.2013Основные положения атомно-молекулярного учения. Закономерности броуновского движения. Вещества атомного строения. Основные сведения о строении атома. Тепловое движение молекул. Взаимодействие атомов и молекул. Измерение скорости движения молекул газа.
презентация [226,2 K], добавлен 18.11.2013Механическое движение. Относительность движения. Взаимодействие тел. Сила. Второй закон Ньютона. Импульс тела. Закон сохранения импульса в природе и технике. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Вес тела. Невесомость.
шпаргалка [479,0 K], добавлен 12.06.2006Групповая скорость. Парадокс. Вектор Пойнтинга. Проблемы определения скорости переноса энергии. Скорость переноса энергии ТЕ и ТМ волн. Фазовая скорость это скорость движения силового свойства поля.
реферат [95,4 K], добавлен 02.03.2002Исследование свойств теплопроводности как физического процесса переноса тепловой энергии структурными частицами вещества в процесс их теплового движения. Общая характеристика основных видов переноса тепла. Расчет теплопроводности через плоскую стенку.
реферат [19,8 K], добавлен 24.01.2012Определение вязкости биологических жидкостей. Метод Стокса (метод падающего шарика). Капиллярные методы, основанные на применении формулы Пуазейля. Основные достоинства ротационных методов. Условия перехода ламинарного течения жидкости в турбулентное.
презентация [571,8 K], добавлен 06.04.2015Основные свойства жидкости. Отсутствие идеальной модели и трудности формулировки общей теории жидкости. Явления переноса: диффузия, теплопроводность и вязкость, их характеристика. Отличия явлений переноса в жидкостях от аналогичных явлений в газах.
реферат [40,2 K], добавлен 05.06.2009Вязкость, движение частиц в вязких средах. Электропроводность и ее виды. Удельная и молярная электропроводность растворов электролитов. Числа переноса и методы их определения. Проверка концентрации кислоты методом потенциометрического титрования.
курсовая работа [743,5 K], добавлен 17.12.2014
