WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA LEPKOŚCI POWIETRZA (dla

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA
LEPKOŚCI POWIETRZA
(dla szkół średnich)
1.
Dane osobowe
Data wykonania ćwiczenia:
Nazwa szkoły, klasa:
Imię i Nazwisko Ucznia:
A.
B.
C.
D.
E.
2.
Podstawowe informacje BHP
Stanowisko w przeważającej części składa się ze szklanych elementów. Należy
zachować ostrożność ze względu na możliwość stłuczenia szklanych przedmiotów
oraz skaleczenia się nimi.
3.
Wstęp teoretyczny
Powietrze to mieszanina gazów, których cząsteczki znajdują się w ciągłym
chaotycznym ruchu. Oddziaływania między cząsteczkami w gazie są o wiele słabsze
niż oddziaływania cząsteczek w stanie ciekłym lub stałym. Pomimo to, w powietrzu
także występują siły tarcia wewnętrznego (tzw. lepkość) pomiędzy kolejnymi
warstwami gazu poruszającymi się równolegle względem siebie z różnymi co do
wartości prędkościami. Warstwy powietrza obdarzone większą prędkością pociągają
za sobą warstwy o mniejszej prędkości. Natomiast wolniejsze warstwy spowalniają
te szybsze. Pojawiające się siły tarcia pomiędzy kolejnymi warstwami gazu są
skierowane stycznie do powierzchni styku tych warstw.
Lepkość jest określana ilościowo współczynnikiem lepkości η równym
wartości siły stycznej, która przyłożona do jednostki powierzchni spowoduje
laminarny przepływ (tzn. jednostajny przepływ przy małych prędkościach, kiedy
kolejne warstwy płynu nie mieszają się ze sobą) z jednostkową prędkością:
F
kg
η=
, Pa ⋅ s =
,
∆v
m⋅s
S
∆z
gdzie Δv/Δz oznacza szybkość poprzecznych zmian prędkości.
4.
Opis stanowiska pomiarowego
Najważniejszym
elementem
układu pomiarowego jest rurka kapilarna
(4), połączona z jednej strony z
manometrem wodnym (6), a z drugiej
strony z butlą szklaną (2) wypełnioną do
2/3 swojej objętości. Do butli dołączone są
rurki odpowietrzające (3). Gdy woda
wypływa przez zawór (1), w butli obniża
się
ciśnienie
powietrza.
Powstałe
podciśnienie
wymusza
przepływ
powietrza przez rurkę kapilarną i filtr
osuszający (5). Pomiarowi podlega
a. czas wypływu ustalonej objętości
wody z butli (równy czasowi
przepływu takiej samej objętości
powietrza przez rurkę kapilarną pod wpływem zaistniałej różnicy ciśnień)
b. różnica poziomów wody w rurkach manometru Δh.
Współczynnik lepkości powietrza oblicza się z prawa Poisseuille’a:
π r 4 ρw g
η=
∆h ⋅ t
8 ⋅ l ⋅V
5.
Procedura pomiarowa
1. Otworzyć zawór butli i ustal szybkość wypływu wody odpowiadającą
ustalonej różnicy poziomu wody w manometrze.
2. Zmierzyć czas t odpowiadający wypłynięciu z butli V = 250 cm3 wody.
3. Przy otwartych rurkach odpowietrzających wlać za pomocą lejka
z powrotem wodę do butli, następnie zamknij rurki.
4. Pomiary powtórzyć 5 – krotnie, za każdym razem zapisując wyniki w tabeli.
6.
Opracowanie wyników
promień rurki kapilarnej r = 4 mm
gęstość wody
ρw =1000 kg/m3
temperatura otoczenia
T = .......... ºC
Lp. czas wypływu Δh, cm V, cm3
t, s
1.
długość rurki kapilarnej
przyspieszenie ziemskie
ciśnienie atmosferyczne
η, kg/m s
średnia
ηśr
2.
3.
4.
5.
Gliwice, dnia:
Podpis prowadzącego:
Opracowanie: D. Trefon-Radziejewska
l = 100 mm
g = 10 m/s2
p0=.........hPa
odch. std.
średniej