Ауаның тұтқырлық коэффициентін анықтау
Жұмыстың мақсаты: Ауаның тұтқырлық коэффициентін тәжірибе жүзінде анықтау және ауаның қылтүтік бойымен ағысын тәжірибе жүзінде зерттеу.
Керекті құрал-жабдықтар: «Ауаның тұтқырлық коэффициентін анықтау» оқу-зертханалық құралдарының жиынтығы.
Сабақтың жоспары
Эксперименттік қондырғымен танысу.
Зертханалық жұмысты орындау.
Алынған нәтижеге қорытынды жасау.
Зертханалық жұмысты безендіру және қорғау.
Теориядан қысқаша мәлімет
Барлық нақты газ бен сұйықтарға тән қасиет оның тұтқыр болуы немесе ішкі үйкелістің болуы. Егер А және О немесе О және В жазықтықтарымен шектелген аралықта газ (сұйық) ағысы Y бағытта байқалса, онда газ ағынының жылдамдығы қабаттарды бөліп тұрған бетке перпендикуляр Z бағытында қабаттан қабатқа өзгеріп отырады, демек (1-сурет). Мұндай құбылысты әр түрлі қабаттағы сұйықтың бөлшектерінің жылдамдығын зерттегенде түсінуге болады. Жазықтықтарға тікелей жанасқан бөлшектер, оларға жабысып қалғандай болады, егер жазықтықтар қозғалмаса, онда «жабысқан» бөлшекер қозғалысқа ұшырамайды, ал керісінше қозғалыста болса – жазықтықтардың жылдамдығындай жыфлдамдыққа ие болады. Ең үлкен жылдамдықтың мәні осы жазықтықтар арасында орналасқан сұйықтың (газдың) ортасында байқалады; неғұрлым жазықтықтар бетіне жақындаған сайын жылдамдық кішірейе береді, тікелей беттік қабаттағы «жабысқан» бөлшектер қозғалмайды.
Мысалы, 1-суреттегі қабаттар дөңгелек түтіктің ойша алынған қабырғаларының беті деп есептесек, онда кез келген қабаттың радиусы бойындағы жылдамдық былай өзгереді:
(1)
мұндағы -түтіктің радиусы, -түтіктің (сұйық қабатының ортасы) ортасындағы жылдамдық, -түтіктің ортасынан қашықтықтағы жылдамдық. Сондықтан 1-суреттегі жылдамдықтармен шектелген аралықта таралу кескіні парабола тәріздес, мұндағы сызықтардың тілшіктерінің ұшы газдың жылдамдықтарының векторын көрсетеді.
1-сурет
Бұндай ағыста газдың ортасындағы жоғары қабаттан, жылдамдығы кіші, баяу қозғалатын қабаттарға импульстің тасымалдауы байқалады. Газ жылдамдығының қабаттан қабатқа өзгеруі, жылдамдықтың градиентінің пайда болуына әкеледі. Сондықтан, қатар жатқан газдың әр түрлі , жылдамдықпен қозғалатын екі қабатының арасындағы шекарада ішкі үйкеліс күші әсер ететін болады, оның шамасы төмендегідей эмперикалық формуламен анықталады:
(2)
мұндағы - газдың қатар көршілес жатқан қабаттарын бөлетін жазықтықтың бірлік ауданына түсірілген күш; - тұтқырық коэффициенті немесе ішкі үйкеліс коэффициенті деп аталады.
Бұл теңдеуді И.Ньютон тағайындаған, егер деформациялану жылдамдығына тәуелсіз болса, дәл орындалады. Газдың (сұйықтың) әртүрлі қабаттарының жылдамдығы осы тұтқырлық (немесе ішкі үйкеліс) деген қасиетінің арқасында теңеледі. Соның нәтижесінен ортаның деформациялану жылдамдығына тәуелді кернеуліктер пайда болады.
Осыдан тұтқырлық коэффициентінің сандық мәні жылдамдық градиенті бірге тең болғанда, бірлік ауданға әсер ететін күшке тең. Бұл коэффициенттің СИ жүйесіндегі өлшем бірлігі кг/м·с.
Бұл жағдайда газдың әрбір молекуласы екі түрлі қозғалысқа қатысады: орташа жылдамдығы хаосты жылулық қозғалысқа және газдың ағынының жылдамдығына ие болады. Сондықтан әр молекула жылдамдығы әртүрлі бір қабаттан екінші қабатқа жылулық қозғалыстың әсерінен өткенде, өзара соқтығысулар нәтижесінде импульспен алмасады. Бұл импульспен алмасу процесі газдың әр түрлі қабаттарының ағын жылдамдығын теңестіреді.
Сөйтіп, бұндай газдағы өтетін тасымалдау процесі импульстің – компонентінің градиентінің шамасымен анықталады. Сондықтан, бағытта О жазықтықтың бірлік ауданын бірлік уақытта қиып өтетін -ның қорытқы импульс ағынының тығыздығын (3)-ті ескеріп, былай анықтаймыз:
(3)
(2)-ші өрнекті (3)-пен салыстырып, тұтқырлық коэффициентін анықтайтын формуланы мына түрде жазамыз:
(4)
мұндағы –газдың тығыздығы, -молекула массасы, -еркін жүру жолының орташа ұзындығы.
(4)-ші формула бойынша болғандықтан, тұтқырлық коэффициенті температураға байланысты шамасына пропорционал өседі. ал олай болса, элементар кинетикалық теориясы бойынша тұтқырлық коэффициенті қысымға тәуелсіз болады.
Құралдың сипаттамасы мен құрамы
2-сурет. Оқу-зертханалық құралдарының жиынтығының жалпы көрінісі
«Ауаның тұтқырлық коэффициентін анықтау» оқу-зертханалық құралдарының жиынтығы кеңістікті конструкциялы, үстелге қойылатын зертханалық қондырғы түрінде жасалған.
Зертханалық қондырғының құрамы:
Құрамы келесідей кеңістіктік конструкция:
көлемі 20 литр колба;
қорек блогы бар компрессор;
манометр;
қылтүтіктер мен крандары бар панель;
ауаның шығу клапанымен, басқару түймелерімен байланыстырылған сандық секундомер.
Зертханалық қондырғы жиынтық құрамындағы желілік шнур арқылы ~220В/50Гц айнымалы ток көзіне қосылады. Разъем для подключения «220В» қосу жалғағышы зертханалық қондырғының бүйір бетінде орналасқан. Модуль беткі панельде орналасқан «СЕТЬ» батырмасының көмегімен іске қосылады.
Зертханалық қондырғының беткі панелі шартты белгілермен бірге 3-суретте көрсетілген
3-сурет. Зертханалық қондырғының беткі панелі: 1- крандар (К1-К6), 2 - қылтүтіктер, 3 – секундомер таблосы, 4 - «Сеть» батырмасы, 5 – манометр
Зертханалық стенд беткі панель арқылы басқарылады (4-сурет). Компрессор «Компрессор» батырмасын басып, ұстап тұру арқылы қосылады. Компрессорды қосылғандығын «Компрессор» жарықдиоды көрсетеді. «Старт/Стоп» батырмасы ауаны шығару клапанын ашады және автоматты түрде секундомерді іске қосады. Ауаны шығару клапанының қосылғандығын «Клапан» жарықдиоды көрсетеді. Клапанды жабу «Старт/Стоп» батырмасын екінші рет басу арқылы жүзеге асырылады, ол автоматты түрде секундомерді өшіреді. «Сброс» батырмасының көмегімен секундомер көрсеткіші тасталады.
4-сурет. Беткі панель (басқару)
Зертханалық стенд келесі тақырыптар бойынша тәжірибелер жүргізуге мүмкіндік береді:
қылтүтіктегі ауаның қозғалысын зерттеу;
қылтүтік арқылы ағып өтетін ауа көлемінің қылтүтік сипаттамаларына тәуелділігін зерттеу;
Ауа тұтқырлығын зерттеу;
Ауаның тұтқырлығын қылтүтік әдісімен анықтау.
Жұмысты орындау реті
Достарыңызбен бөлісу: |
