Измерение временной зависимости диффузионного процесса.

4.1. Реостатом 24 установите стрелку гальванометра 23 на 80¸100 делений в сторону той колбы, где смесь гелия с воздухом.

4.2. Запишите начальное показание индикатора.

4.3. Откройте кран 4. Автоматически запуститься счет на секундомере.

Записывайте показания индикатора через 10 сек (обязательно первые три измерения). Если процесс идет достаточно медленно (при больших давлениях), то записывать показания можно через 30¸60 сек. Всего должно быть записано не менее 8 результатов, при этом ход стрелки должен составлять около 50% от начального значения.

5. Повторяйте п.п.4÷6 для всех заданных значений давлений.

Данные занесите в таблицу:

№	0,03 бар	…	…	…
t	U	t	U	t	U	t	U
с	дел.	с	дел.	с	дел.	с	дел.
…
n

6. Убедитесь, что процесс диффузии подчиняется закону [6]. С этой целью для каждого из давлений постройте графики, откладывая по оси абсцисс время, а по оси ординат - логарифм от показаний гальванометра. Графики должны иметь вид прямых линий. По угловым коэффициентам экспериментальных прямых и известным параметрам установки рассчитайте коэффициенты взаимной диффузии при соответствующих давлениях. (a = 1 / t) – угловой коэффициент.

7. Постройте график зависимости коэффициента диффузии от давления в координатах ( ). График должен иметь вид прямой линии. Определите по графику величину коэффициента диффузии при атмосферном давлении.

8. Оцените по полученным результатам средние значения длины свободного пробега и размер молекул воздуха.

Работа № 17 Определение теплопроводности газов методом нагретой нити

Цель работы: определение коэффициента теплопроводности воздуха при атмосферном давлении и разных температурах по теплоотдаче нагреваемой током нити в цилиндрическом сосуде.

В работе используются: вертикальная трубка с двойными стенками с натянутой внутри проволокой; магазин сопротивлений; эталонное сопротивление 10 Ом и нагрузочное сопротивление; гальванометр; источник питания; термостат.

Если внутри сосуда с газом существует градиент температур, в газе возникают процессы, приводящие к выравниванию температуры. В обычных условиях среди этих процессов наибольшую роль играет конвекция. Конвекция появляется из-за того, что легкий теплый газ поднимается вверх, а на его место опускаются более холодные массы газа. Конвекция не возникает, если температура газа повышается с высотой, если объем газа невелик или если он разбит на небольшие каналы или ячейки. В последних случаях возникновению конвекционных потоков мешает вязкость. При отсутствии конвекции процесс переноса тепла замедляется, но не прекращается. Он происходит благодаря теплопроводности газа, связанной с тепловым движением молекул. Выравнивание температуры получается при этом из-за непрерывного перемешивания "горячих" и "холодных" молекул, происходящего в процессе их теплового движения и не сопровождающегося макроскопическими перемещениями газа. В данной работе исследуется этот случай.

Для цилиндрически симметричной установки, в которой поток тепла направлен к стенкам цилиндра от нити, расположенной по его оси, справедлива формула:

[1]

Уравнение [1] может служить для определения коэффициента теплопроводности . При этом нужно знать радиусы нити , цилиндра , длину цилиндра , поток тепла и разность температур газа у поверхностей нити и цилиндра .

Нить цилиндра нагревается электрическим током. После того как устанавливается стационарный режим, тепловой поток становится равен джоулеву теплу, выделяемому в нити, которое тепло легко рассчитать, зная сопротивление нити и силу протекающего по ней тока. Наибольшую трудность вызывает измерение температуры нагретой нити, но доступной непосредственному измерению.