Материал: 3874
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Воронежская государственная лесотехническая академия»
ФИЗИКА ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА. ТЕРМОДИНАМИКА
ВОРОНЕЖ 2014
УДК 539.19 + 536 Ф 50
Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВПО «ВГЛТА»
Бирюкова И.П. Физика [Текст]: лаб. практикум. Молекулярная физика. Термодинамика: И.П. Бирюкова, В.А. Григорьев, Н.Ю. Евсикова, В.И. Лисицын, Н.Н. Матвеев, В.В. Постников, В.В. Саушкин; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО "ВГЛТА".– Воронеж, 2014.– 40 с.
Ответственные редакторы В.А. Григорьев, В.В. Саушкин
Рецензент: канд. физ.-мат. наук, доц. кафедры физики ВГАУ В.А. Белоглазов
Приводятся необходимые теоретические сведения, описание и порядок выполнения лабораторных работ по молекулярной физике и термодинамике.
Учебное пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обучения по направлениям и специальностям, в учебных планах которых предусмотрен лабораторный практикум по физике.
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
Лабораторная работа № 3.1 (11)
Определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса .…......... 4
Лабораторная работа № 3.2 (72)
Определение коэффициента вязкости жидкости ротационным вискозиметром …………………………………………................................... 10
Лабораторная работа № 3.3 (16)
Определение коэффициента вязкости воздуха ……………........................... 14
Лабораторная работа № 3.4 (12)
Определение теплопроводности материала …………………………............ 19
Лабораторная работа № 3.5 (18)
Определение отношения теплоемкостей CP воздуха ……………………
CV
Лабораторная работа № 3.6 (74)
Определение изменения энтропии при плавлении твердого тела ……......
24
33
Лабораторная работа № 3.7 (15) |
|
|
Определение теплопроводности воздуха методом нагретой нити ...…….. |
41 |
|
|
ПРИЛОЖЕНИЕ |
|
1. |
Некоторые физические постоянные ........................................................... |
45 |
2. |
Десятичные приставки к названиям единиц ………………...................... |
45 |
3. |
Некоторые справочные данные для воздуха .............................................. |
45 |
4. |
Удельные теплоемкости твердого и жидкого состояний и удельная |
|
|
теплота плавления некоторых веществ ...................................................... |
45 |
5. |
Градуировочная таблица термопары .......................................................... |
46 |
|
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ....................................................... |
47 |
4
Лабораторная работа № 3.1 (11)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ МЕТОДОМ СТОКСА
Цель работы: изучение закономерностей внутреннего трения и динамики движения тела в вязкой среде; определение коэффициента динамической вязкости жидкости.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МИНИМУМ
Ламинарное и турбулентное течение
Существует два вида течения жидкости (или газа). Если слои жидкости можно разделить таким образом, чтобы они скользили друг относительно друга, то такое течение называется ламинарным (слоистым). При увеличении скорости или поперечных размеров потока происходит интенсивное вихреобразование и перемешивание слоев жидкости. Такое течение называется турбулентным (вихревым).
Внутреннее трение
Всем реальным жидкостям и газам в той или иной мере присуща вязкость или внутреннее трение. Внутреннее трение – это свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.
Природа внутреннего трения (вязкости) различна в жидкостях и газах. В газах вязкость возникает в результате непрерывного обмена молекулами между слоями вследствие хаотического теплового движения молекул. В жидкостях же вязкость обусловлена межмолекулярным взаимодействием, что препятствует смещению одного слоя жидкости относительно другого.
Закон вязкого ламинарного течения был установлен Ньютоном
|
|
Fтр |
|
dv |
|
S , |
|
|
|
=η |
|
(1) |
|||
|
|
dz |
|||||
где Fтр |
– сила внутреннего трения между соприкасающимися слоями жидкости |
||||||
(рис. 1); |
S – площадь поверхности, |
по которой происходит смещение одного |
|||||
слоя относительно другого; dv |
= v2 |
−v1 – величина, которая показывает, как |
|||||
|
dz |
z2 |
− z1 |
|
|||
5
быстро изменяется скорость течения в направлении оси Z , перпендикулярной плоскости слоя, и называется градиентом скорости1; η – коэффициент пропорциональности, который зависит от природы и состояния (например, темпе-
ратуры) жидкости и называется коэффициентом внутреннего трения или коэффициентом динамической вязкости жидкости (газа).
Физический смысл коэффициента η можно определить из формулы (1): коэффициент внутреннего трения η численно равен силе трения, если градиент
скорости ddzv =1 ммс , а площадь S =1 м2.
Число Рейнольдса
Английский ученый Рейнольдс установил, что характер течения (ламинарный или турбулентный) зависит от величины
Re = |
ρ0vl |
, |
(2) |
|
η |
||||
|
|
|
где ρ0 – плотность жидкости (или газа); η – коэффициент динамической вязкости; v – характерная скорость потока; l – характерный линейный размер. Например, при обтекании тел l – поперечный размер тела, а v – скорость потока, набегающего на тело. При течении в длинных цилиндрических трубах l – диаметр трубы, а v – средняя по сечению трубы скорость потока.
Величина Re называется числом Рейнольдса. При малых значениях Re течение имеет ламинарный характер. Начиная с некоторого определенного значения Re, называемого критическим, течение становится турбулентным. Критическое значение числа Рейнольдса Re ~ 1000 .
1 Точнее это модуль градиента скорости, так как сам градиент – вектор.