Calea medie liberă a moleculelor l este distanța medie parcursă de moleculă între două coliziuni succesive cu alte molecule.
În consecință, diametrul efectiv al moleculelor scade odată cu creșterea temperaturii. Adevărat, schimbarea în d cu creșterea temperaturii este nesemnificativă. Cantitatea se numește secțiunea transversală efectivă a unei molecule.
Teoria moleculară-cinetică a gazelor conduce la o concluzie. Că calea medie liberă l este invers proporțională cu concentrația n și cu secțiunea transversală efectivă a moleculei
Această formulă are semnificație fizică aparentă: drumul liber este mai mica, mai groase moleculele dispuse (adică, mai mare decât n) și zona suprapusă mai mare a fiecărei molecule (adică, mai mare decât s).
La o temperatură constantă, densitatea moleculelor n este proporțională cu presiunea gazului. În consecință, calea medie liberă este invers proporțională cu presiunea:
.
Datorită scăderii diametrului molecular eficient, traiectoria medie liberă crește ușor cu creșterea temperaturii.
Este practic imposibil să se măsoare l, dar toți coeficienții de transfer pot fi exprimați în termeni de l, care pot fi măsurați comparativ pur și simplu prin experiență.
Viscozitatea dinamică a gazelor este exprimată după cum urmează: (2)
unde este viteza medie a moleculelor de gaz și r este densitatea gazului.
Mai întâi trebuie să măsuram vâscozitatea h, apoi să calculam calea liberă l cu formula (2) și, în final, să calculam s sau d prin formula (1).
În ceea ce privește experiența, este necesar să alegem un astfel de fenomen fizic care să permită o modalitate simplă de a măsura vâscozitatea aerului.
În această lucrare, un flux vâscos de aer printr-un capilar este folosit ca un astfel de fenomen.
Dacă se formează o diferență de presiune la capătul capilarului. un flux vâscos de aer apare în capilar, al cărui profil de viteză este prezentat în Fig. În timpul t, un volum de aer V trece prin el, care poate fi calculat din formula Poiseuille:
unde este raza capilarului, este lungimea sa.
Diferența de presiune la capătul capilarului este stabilită datorită faptului că apa curge din balon prin supapa K.
Este necesar ca apa să curgă cu picături. Apoi, presiunea aerului din cilindru și presiunea hidrostatică a coloanei de lichid de înălțime h vor echilibra presiunea atmosferică P,
,
Deoarece h se schimbă încet, iar schimbarea este liniară, atunci formula (3) trebuie înlocuită cu valoarea medie
Pe de altă parte, volumul de aer care trece prin capilar este egal cu volumul de apă efluent, care este ușor de determinat prin formula
.
Deci, trebuie să măsurați 4 valori: V, t, h1 și h2. Apoi găsiți prin formula (4) și h din formula (3).
Rămâne să calculați l și d. Pentru a face acest lucru, trebuie să transformăm ușor formulele originale (1) și (2).
Având în vedere că și. din formula (2) găsim
Deci, cum. apoi din formula (1) avem:
In toate formulele - raza capilarului, - lungimea tubului capilar, S - aria secțiunii transversale a vasului cu apă = 1000 kg / m3 - densitatea apei, R = 8,31 J / mol K x - constanta universală a gazelor, k = 1,38 × 23 octombrie J / K - constanta Boltzmann, m = 0,029 kg / mol - masa molară a aerului, g = 9,8 m / s 2 - accelerație cădere liberă, T = (t + 273) K
1. Definiți calea medie liberă a moleculelor.
2. Cum depinde calea medie liberă de temperatură?
3. Cum depinde calea medie liberă de presiunea la o temperatură constantă?
4. Care este diametrul efectiv al moleculelor?
5. Ce metodă se utilizează pentru a determina calea medie medie liberă și diametrul efectiv al moleculelor în această lucrare?
6. Ce fenomene se numesc fenomene de transfer?
7. Care este vâscozitatea sau frecare internă?