Лабораторний практикум з фізики. Частина 3 (ядерна фізика, статистична фізика і термодинаміка, фізика твердого тіла)

У системі СІ  вимірюється в кгм-lc-l, ця одиниця спеціальної назви не має.

У системі СГС  вимірюється в гсм-lc-l, ця одиниця коефіцієнта в'язкості називається пуазом. Часто користуються меншою одиницею – сантипуазом: 1 сантипуаз дорівнює 0, 01 пуаза.

Коефіцієнт динамічної в'язкості залежить від природи рідини і з підвищенням температури зменшується. В'язкість відіграє суттєву роль в процесі руху рідин і газів. Шар рідини, який безпосередньо прилягає до твердої поверхні, в результаті прилипання залишається відносно неї нерухомим. Швидкість решти шарів зростає з віддаленням від твердої поверхні. Наявність шару рідини (мастила) між поверхнями твердих тіл, що труться, сприяє значному зменшенню сил тертя.

Поряд з коефіцієнтом динамічної в'язкості часто користуються поняттям коефіцієнта кінематичної в'язкості:

де  – густина рідини.

В системі СІ  вимірюється в м2с-1; в СГС одиницею коефіцієнта кінематичної в'язкості є см2с-1, ця одиниця називається стоксом.

У даній роботі для вимірювання коефіцієнта в'язкості рідини (розчин гліцерину, трансформаторне масло) застосовується метод Стокса, суть якого полягає в тому, що на кульку, яка рухається в рідині, діє сила внутрішнього тертя і гальмує її рух (рис. 7. 3. 2). Ця сила визначається законом Стокса  ,

де r – радіус кульки;

u – її швидкість.

Якщо кулька падає в рідині, то на неї крім сили тертя f, будуть діяти сила тяжіння P=mg=gV і виштовхувальна сила Архімеда P1=1gV, рівна вазі рідини і об'єму кульки (V – об'єм кульки,  – густина кульки, p1 – густина рідини).

На основі другого закону Ньютона маємо:

 

 

1. Мікрометром виміряти діаметр d кульки.

2. Виміряти відстань l між мітками a і b на посудині.

3. Опустити в рідину кульку і секундоміром виміряти час t її руху між мітками.

4. Повторити п. п. 1 і 3 ще для двох кульок.

5. Результати вимірювань записати в таблицю. Густина рідини  вказана на лабораторній установці. Густину матеріалу кульки (як правило, сталь) взяти з довідкових таблиць. 

 

бробка результатів експерименту і їх аналіз

За формулою (4) обчислити значення коефіцієнта в’язкості досліджуваної рідини за даними вимірювань для кожної кульки окремо.

Знайти середню абсолютну і відносну похибки визначення коефіцієнта в’язкості і записати кінцевий результат:

 .

 

1. Явища переносу. Молекулярно-кінетичний механізм явищ переносу.

2. Закони Фіка, Фур’є і Ньютона.

3. Коефіцієнти явищ переносу і їх фізичний зміст.

4. Зв’язки між коефіцієнтами дифузії, в’язкості і теплопровідності.

5. Експериментальні методи визначення коефіцієнта в’язкості.

Вияснити основні джерела похибки у даній роботі.

 

 

Мета роботи: визначити коефіцієнт теплопровідності міді.

Прилади та матеріали: прилад для визначення коефіцієнта теплопровідності; термометри (4 шт.) ; секундомір, балон для зливання води; мензурка; штангенциркуль.

 

 

Метод визначення коефіцієнта теплопровідності металів, що застосовується в цій роботі, ґрунтується на вимірюванні кількості теплоти Q Дж/с, що проходить за одиницю часу через поперечний переріз S металевого (мідного) стержня.

Як відомо, цей тепловий потік за законом Фур'є визначається за формулою

Q=кSgradT, (1)

де к – коефіцієнт теплопровідності;

  – градієнт температури, К/м.

З формули (1) випливає, що коефіцієнт теплопровідності дорівнює:

Він чисельно дорівнює кількості теплоти, що переноситься через одиницю площі (1 м2) поперечного перерізу зразка за одиницю часу (1 с) при спаді температури на 1°С на одиниці шляху (1 м) теплового потоку, тобто к = Вт/мК

Постійність градієнта температури вздовж зразка забезпечується нагріванням одного з його кінців в електричній печі і охолодженням іншого його кінця проточною водою, що має постійну температуру t1°C.

З іншого боку, кількість теплоти, що проходить через зразок і передається воді за одиницю часу, може бути знайдена з рівняння теплового балансу:

де с – питома теплоємність води, Дж/кгК;

m – маса води, що протікає через холодильник за 1 с, кг;

t° – температура, до якої нагрівається вода, що оточує холодний кінець зразка.

Прирівнюючи праві частини рівнянь (1) і (2), одержуємо такий вираз для коефіцієнта теплопровідності:

Враховуючи особливості конструкції установки, що застосовується в роботі (рис. 7. 4. 1) формулу (3) можна перетворити відносно до виду вимірюваних величин.

Установка для визначення теплопровідності складається з мідного стержня 3, що має площу поперечного перерізу S=70, 010-6 м2, електричного нагрівника 5, водяного холодильника 2, гнізд для термометрів 4, посудини 1 з охолодженою водою і мензурки 6.

Градієнт температури можна записати через різницю показів термометрів t3 і t4 і відстань l між ними:

 

 

Масу води, що протікає через холодильник за одиницю часу, виразимо через її об'єм і густину: