11. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 241 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ВОЗДУХА И СРЕДНЕЙ ДЛИНЫ СВОБОДНОГО ПРОБЕГА МОЛЕКУЛ Приборы и принадлежности: экспериментальная установка в сборе, секундомер, мерный стаканчик. Введение. Средней длинной пробега молекул в газе называется среднее расстояние, которое пролетает молекула от одного столкновения до следующего. Она зависит от условий, при которых находится газ, и от свойств молекул таким образом: 1 , (11.1) 2 2 d эф n где dэф – эффективный диаметр молекулы; n – концентрация молекул (число молекул в единице объёма газа). Согласно молекулярно-кинетической теории газа тепловое хаотическое движение молекул газа является причиной так называемых явлений переноса, к которым, в частности, относится внутреннее трение (или вязкость). Дальнейшие рассуждения и выводы относятся к плотным газам, в которых длина свободного пробега молекул намного меньше характерного размера сосуда, в нашем случае длина пробега меньше радиуса капилляра. Из теории получается не только ньютоновский закон внутреннего трения, но и коэффициент внутреннего трения η, который выражается следующей формулой: 1 , (11.2) 3 где – средняя длина свободного пробега молекул в газе; – средняя скорость теплового движения молекул; – плотность газа при данных условиях. Формула (11.2) даёт возможность определить длину свободного пробега молекул газа, если предварительно измерен коэффициент внутреннего трения, рассчитана средняя скорость молекул и плотность по известным формулам молекулярно-кинетической теории идеального газа: 8RT p , (11.3) , RT где R – универсальная газовая постоянная; T – абсолютная температура; p – давление; μ – молярная масса газа. В этом случае 3 . (11.4) Коэффициент внутреннего трения газа измеряют различными способами. В данной работе применяется метод, основанный на использовании закона Пуазейля, сущность которого заключается в следующем. При ламинарном 77