WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |
УДК 539.12 Министерство образования Российской Федерации М75 Омский государственный университет Рекомендован к изданию учебно-методической комиссией физического факультета ОмГУ М75 Молекулярная физика и термодинамика: Лабораторный практикум. Ч. I / Сост.: Г.И. Косенко, В.В. Михеев. – Омск: Омск. гос. ун-т, 2004. – 26 с.

Молекулярная физика и термодинамика Практикум включает 4 лабораторные работы по курсу «МолеЛабораторный практикум кулярная физика и термодинамика». Материал подготовлен в соотЧасть I ветствии с Государственным образовательным стандартом по специальности «Физика».

(для студентов физического и химического факультетов) Для студентов физического и химического факультетов.

УДК 539.12 © Омский госуниверситет, 2004 Издание Омск ОмГУ 2004 1 2 Лабораторная работа № 1 или Определение влажности воздуха P = RT, (3) µ где – парциальное давление пара (в СИ измеряется в паскалях – Па); – Цель работы – определение относительной и абсолютной влажплотность водяного пара; µ – молярная масса; T – температура по шкале ности воздуха.

Кельвина; R – универсальная газовая постоянная. Плотность водяного Приборы и принадлежности: психрометр Ассмана, резиновая пипара носит название в метеорологии абсолютной влажности.

петка.

Абсолютная влажность (парциальная плотность водяного пара) – Водяной пар является одной из важных составных частей атмосфемасса водяного пара, заключенного в единице объема. В СИ единицей ры. Его большее или меньшее количество в воздухе определяет влажизмерения абсолютной влажности является кг/м3. В природе наблюданость или сухость климата, условия жизни человека и произрастания расется переход ненасыщенных паров в насыщенные. Для последних партений. Поглощая излучение земной поверхности и излучая тепло, водяциальное давление Pн при данной температуре есть величина постоянной пар атмосферы повышает температуру ее нижних слоев и создает боная, а следовательно, постоянна и абсолютная влажность насыщенных лее теплый климат. Сгущение водяного пара способствует возникновепаров н. Для этих величин составлены таблицы зависимости от темпению облаков и выпадению осадков – явлениям, от которых также зависит ратуры.

во многих отношениях хозяйственная деятельность человека. КонденсаЭмпирически получена формула, описывающая зависимость парция и испарение сопровождаются выделением и поглощением большого циального давления насыщенных паров от температуры в пределах от количества тепла, и поэтому пар играет большую роль в энергетике атмо20°С до +30°С:

сферы.

7.64t Знание свойств водяного пара, знакомство с процессами его преPн=4.58·10242+t, вращения совершенно необходимо при рассмотрении всех динамичегде t – температура по шкале Цельсия, Pн измеряется в мм.рт.ст.

ских и термодинамических явлений в атмосфере, а также для прогноза Переход парциального давления насыщенных паров к плотности погоды.

(парциальной) насыщенных паров по формуле (3) невозможен, если насыщенный пар недостаточно разрежен и есть сконденсированная из паХарактеристика водяного пара ра жидкость.

Величиной, показывающей насколько данный пар далек от насыПарциальное давление водяного пара (упругость водяного пара).

щения, служит относительная влажность. Относительная влажность f – По закону Дальтона давление атмосферы составлено из суммы парциотношение парциального давления пара, имеющегося в воздухе при данальных давлений газов и паров, входящих в состав атмосферы:

n ной температуре, к парциальному давлению насыщенных паров при этой Paтм=, (1) P i температуре, выраженное в процентах:

i=P где Paтм – атмосферное давление; Pi – парциальное давление компоненf = 100 %, (4) Pн та смеси.

Наблюдения показывают, что происходящие в атмосфере процесгде величина Pн берется из таблицы для данной температуры.

сы очень часто близки к адиабатическим.

На практике часто (с небольшой погрешностью для комнатных Если водяной пар далек от насыщения, то его состояние описыватемператур) принимают ется уравнением Менделеева-Клайперона f = 100 %. (5) m н PV = RT (2) µ 3 Температура, при которой пар, имеющий данное парциальное дав- По закону Ньютона на единицу времени имеем ление, становится насыщенным, называется точкой росы. Q1=a t S1, Имеются и другие менее важные характеристики водяного пара в где t=tСх – tВл – наибольшая разность температур; S2 – поверхность мокатмосфере. рой части термометра; a – коэффициент пропорциональности.

Решите предлагаемые уравнения, пользуясь табл. 1, 2 и 3. По закону Дальтона испарение в единицу времени определяется 1. Определить по табл. 1 парциальное давление и плотность (аб- выражением солютную влажность) насыщенных паров при t= –2°C, t=10°C, t=30°C. CS2(Pн - P) M =, 2. Рассчитать парциальное давление водяного пара и его плотPатм ность, если при t=18°C, относительная влажность f = 25% (табл. 3).

где M – масса испарившейся воды; S2 – площадь испаряющей поверхности; Pатм – давление воздуха; Pн – упругость насыщающего водяного паОписание психрометра Ассмана ра при температуре испаряющейся жидкости; P – упругость водяного пара, находящегося в воздухе; C – коэффициент пропорциональности, Приборы, позволяющие измерять влажность воздуха, называются зависящий от скорости потока воздуха.

гигрометрами. Существуют четыре основных типа этих приборов: весоТеперь легко получить количество тепла вые, конденсационные, волосяные и психрометры.

Психрометр состоит из двух термометров: сухого (Сх) и влажно- rCS2(Pн-P) Q2=Mr=, го (смоченного) (Вл) (рисунок).



Pатм где r – удельная теплота испарения воды.

При условии Q1=Q2, S1=S2 получаем rCS2(Pн-P) atS1=.

Pатм И для влажности воздуха P получаем:

P = Pн - A(t - t1)Pатм, (6) где A=a/rC – постоянная прибора. Для стандартного аспирационного психрометра A=0,000662. По формуле (6) рассчитываются психометрические таблицы, что способствует оперативному определению влажности воздуха.

Порядок выполнения работы.

Сухой термометр показывает температуру окружающего воздуха, 1. Изучить устройство аспирационного психрометра.

а смоченный, теплоприемник которого обвязан влажным батистом, – соб- 2. Смочить батист при помощи резиновой пипетки, наполненной ственную температуру, зависящую от испарения, происходящего с по- дистиллированной водой, для чего легким нажимом пипетки поднять верхности его резервуара. Вследствие расхода тепла на испарение, по- воду в пипетке примерно на один сантиметр, закрыть пипетку и очень казания смоченного термометра тем ниже, чем суше воздух, в котором осторожно ввести пипетку в трубку для смачивания батиста, затем отизмеряется влажность. При установившемся режиме испарения, когда крыть зажим пипетки для опускания воды в грушу.

температура мокрого термометра перестает изменяться, приток тепла Q1 3. Ключом завести вентилятор (В) (5–6 оборотов) и следить за поизвне равен расходу тепла Q2 на испарение воды с поверхности термо- казаниями термометров.

метра.

5 4. Снять показания термометров, когда они установятся (через 4– Таблица 5 мин) (Вентилятор включен!).

Давление насыщающих водяных паров (мм рт. ст.) 5. Используя табл. 1, 2 и 3, определить относительную и абсолюти их масса (г/м3 или 10-3 кг/м3) ную влажность воздуха.

Температура Давление Масса Температура Давление Масса Контрольные вопросы –10 1.95 2.14 10 9.2 9.–9 2.13 2.33 11 9.8 10.1. Дать определение величин: упругость водяного пара, относи–8 2.32 2.54 12 10.5 10.тельная и абсолютная влажность, точка росы.

–7 2.53 2.76 13 11.2 11.2. Каковы устройство и принцип действия психрометра –6 2.76 2.99 14 12.0 12.3. Продемонстрируйте умение пользоваться таблицами и опреде–5 3.03 3.24 15 12.8 12.лять по ним абсолютную влажность воздуха, относительную влажность.

–4 3.28 3.51 16 13.6 13.–3 3.57 3.81 17 14.5 14.–2 3.88 4.13 18 15.5 15.–1 4.22 4.47 19 16.5 16.0 4.58 4.84 20 17.5 17.1 4.9 5.2 21 18.7 18.2 5.3 5.6 22 19.8 19.3 5.7 6.0 23 21.1 20.4 6.1 6.4 24 22.4 21.5 6.6 6.8 25 23.8 23.6 7.0 7.3 26 25.2 24.7 7.5 7.8 27 26.7 25.8 8.0 8.8 28 28.4 27.9 8.6 8.8 29 30.0 28.30 31.Примечание. 1 мм рт. ст. = 133 Па.

7 Таблица 2 Таблица Упругость насыщающего пара воды Психрометрическая таблица Упругость пара, мм рт. ст.

Показания Разность показаний сухого и влажного термометра, °С °С 0.0° 0.1° 0.2° 0.3° 0.4° 0.5° 0.6° 0.7° 0.8° 0.9° сухого тер0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 6.54 6.59 6.64 6.68 6.73 6.78 6.82 6.87 6.92 6.мометра,°С Относительная влажность 6 7.01 7.06 7.11 7.16 7.21 7.26 7.31 7.36 7.41 7.0 100 81 63 45 28 7 7.51 7.57 7.62 7.67 7.72 7.78 7.83 7.88 7.94 7.8 8.05 8.10 8.16 8.21 8.27 8.32 8.38 8.44 8.50 8.55 1 100 83 65 48 32 9 8.61 8.67 8.73 8.79 8.85 8.91 8.97 9.03 9.09 9.2 100 84 68 51 35 10 9.21 9.27 9.33 9.40 9.46 9.52 9.59 9.65 9.72 9.3 100 84 69 54 39 24 9 9.85 9.91 9.98 10.04 10.11 10.18 10.25 10.31 10.38 10.4 100 85 70 56 42 28 10 10.52 10.59 10.66 10.73 10.80 10.87 10.94 11.02 11.09 11.5 100 86 72 58 45 32 19 13 11.23 11.31 11.38 11.46 11.53 11.61 11.68 11.76 11.84 11.6 100 86 73 60 47 35 23 14 11.99 12.07 12.15 12.23 12.30 12.38 12.46 12.55 12.63 12.7 100 87 74 61 49 37 26 15 12.79 12.87 12.96 13.04 13.12 13.21 13.29 13.38 13.46 13.8 100 87 75 63 51 40 29 18 16 13.64 13.72 13.81 13.90 13.99 14.08 14.17 14.26 14.35 14.9 100 88 76 64 53 42 31 21 17 14.53 14.63 14.72 14.81 14.91 15.00 15.10 15.19 15.29 15.18 15.48 15.58 15.68 15.78 15.87 15.97 16.07 16.18 16.28 16.38 10 100 88 76 65 54 44 34 24 14 19 16.48 16.59 16.69 16.79 16.90 17.00 17.11 17.22 17.32 17.11 100 88 77 66 56 46 36 26 17 20 17.54 17.65 17.76 17.87 17.98 18.09 18.20 18.31 18.43 18.12 100 89 78 68 57 48 38 29 20 21 18.66 18.77 18.89 19.00 19.12 19.24 19.35 19.47 19.59 19.13 100 89 79 69 59 49 40 31 23 14 22 19.83 19.95 20.08 20.20 20.32 20.45 20.57 20.70 20.82 20.14 100 89 79 70 60 51 42 34 25 17 23 21.07 21.20 21.33 21.46 21.59 21.72 21.85 21.98 22.12 22.15 100 90 80 71 61 52 44 36 27 20 12 24 22.38 22.52 22.65 22.79 22.93 23.07 23.20 23.34 23.48 23.16 100 90 81 71 62 54 46 37 30 22 15 25 23.76 23.91 24.05 24.19 24.34 24.48 24.63 24.77 24.92 25.17 100 90 81 72 64 55 47 39 32 24 17 18 100 91 82 73 65 56 49 41 34 27 20 19 100 91 82 74 65 58 50 43 35 29 22 20 100 91 83 74 66 59 51 44 37 30 24 21 100 91 83 75 67 60 52 46 39 32 26 22 100 92 83 76 68 61 54 47 40 34 28 23 100 92 84 76 69 61 55 48 42 36 30 24 100 92 84 77 69 62 56 49 43 37 31 25 100 92 84 77 70 63 57 50 44 38 33 26 100 92 85 78 71 64 58 51 46 40 34 27 100 92 85 78 71 65 59 52 47 41 36 28 93 85 78 72 65 59 53 47 42 37 29 93 86 79 72 66 60 54 48 43 38 30 93 86 79 73 67 61 55 50 44 39 9 Лабораторная работа № 2 Задание 1. Определение коэффициента поверхностного натяжения методом отрыва капель жидкости.

Определение коэффициента поверхностного натяжения Если поместить исследуемую жидкость в тонкую вертикально и исследование его температурной зависимости расположенную трубку и заставить ее медленно по каплям вытекать, то поверхностная пленка жидкости, образующаяся в отверстии трубки, буЦель работы – изучение явления поверхностного натяжения.





дет оказывать сопротивление вытеканию жидкости. Под давлением выПриборы и принадлежности: аналитические весы, разновес, большележащих слоев пленка растягивается, и жидкость, собирается в капшой и малый химические стаканы, термометр, прибор Ребиндера, дислю на конце трубки. В некоторый момент сила тяжести превысит силу тиллированная вода.

поверхностного натяжения пленки, поддерживающей каплю, и капля На молекулу жидкости действуют силы притяжения со стороны оторвется. Перед отрывом у конца трубки образуется перетяжка, по коокружающих молекул. Если молекула находится внутри жидкости и торой капля отрывается. Длина контура, по которому разрывается поудалена от ее поверхности на расстояние, превышающее радиус молекуверхностная пленка, равна 2R, где R – радиус перетяжки (рис. 1).

лярного действия, то эти силы в среднем уравновешиваются. Если же молекула находится в приграничном слое, толщина которого равна ра2R диусу сферы молекулярного действия, то появляется результирующая сила, направленная внутрь жидкости. Для увеличения поверхности жидкости, т. е. для вывода молекул на поверхность, нужно совершить работу против этой силы. Работа, которую надо затратить, чтобы изотермически и квазистатически увеличить поверхность жидкости на единицу при сохранении ее объема неизменным, называется поверхностным натяжением жидкости.

Взаимное притяжение между молекулами поверхностного слоя вызывает появление в нём силы поверхностного натяжения, направленРис. ной по касательной к поверхности и перпендикулярной к контуру, ограНа каждый сантиметр контура со стороны верхней части пленки ничивающую эту поверхность. Сила F, обусловленная взаимодействием действует сила, направленная вверх. Сила натяжения по всему контуру молекул жидкости, вызывающая сокращение площади её свободной поF = 2R. В момент, когда сила тяжести, действующая на каплю, ставерхности и направленная по касательной к этой поверхности, называновится больше силы натяжения, капля отрывается.

ется силой поверхностного натяжения. F пропорциональна длине границы свободной поверхности жидкости l : mkg mkg = F, mkg = 2R, тогда =. (1) F 2R F = l, отсюда =, В данной экспериментальной установке наблюдение вытекания l капель жидкости производится из сосуда с трубкой с зауженным конгде – коэффициент поверхностного натяжения, численно равный силе цом. Силами капиллярного происхождения можно пренебречь вследстповерхностного натяжения, действующей на единицу длины границы вие достаточно большого диаметра конца трубки.

свободной поверхности жидкости. Таким образом, поверхностное натяжение можно определить и как свободную поверхностную энергию Порядок выполнения упражнения.

жидкости, приходящуюся на единицу ее поверхности.

В системе СИ коэффициент поверхностного натяжения измеряет1. На аналитических весах определить массу малого стакана (m).

ся Н/м. Опыт показал, что на величину влияет среда, находящаяся над 2. Отрегулировать зажимом скорость вытекания капель (около поверхностью жидкости, и температура жидкости.

капель в мин) в большой стакан.

11 3. Заменить большой стакан взвешенным малым и отсчитать 40– ного сечения правого (a) и левого (b) колена. При изменении давления 50 капель. на поверхности жидкости происходит переход жидкости объемом V из 4. Определить массу одной капли. Для этого поместить малый одного колена в другое. Этот объем можно найти: ha Sa = hb Sb, где ha стакан с жидкостью на чашку аналитических весов и определить массу и hb, Sa и Sb высоты и поперечные сечения колен манометра (a) и (b), M малого стакана с водой. Масса капли находится по формуле соответственно.

M - m Из этих формул видно, что если взять сечения трубок, отличаюmx =, n щиеся в несколько раз, то изменением высоты жидкости в широком согде n – количество капель.

суде можно пренебречь. Тогда высота подъема или опускания жидкости 5. По формуле (1) вычислить коэффициент поверхностного натяв узком колене будет соответствовать разности давлений Pс внутри сисжения воды.

темы и атмосферного. Для увеличения чувствительности левое колено с 6. Измерить температуру жидкости в малом стакане, при которой меньшим сечением расположено под углом к вертикали. При опускании определялся коэффициент поверхностного натяжения воды.

жидкости в левом колене на высоту h столбик жидкости пробегает рас7. Оформить результаты измерения и определить погрешность стояние a, которое можно определить как опыта, повторив опыт не менее пяти раз.

h a =, cos Задание 2. Определение коэффициента поверхностного натяжегде – угол наклона колена манометра.

ния на приборе Ребиндера.

По мере вытекания воды из сосуда (2) (при закрытом верхнем зажиме) давление Pс в сосуде (5) понижается. Возникает избыточное давление P=Pатм–Pc, где Pатм – атмосферное давление. За счет этого избыточного давления выдувается пузырек. Он растет до тех пор, пока сила избыточного давления P·S не уравновесится силой поверхностного натяжения (которая является постоянной при данной температуре жидкости) в капилляре. Тогда l P =, где l = 2R и S = R2.

S При дальнейшем росте пузырька F

Pages:     || 2 | 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.