Измерения

1. Взвешивают пустой стаканчик, определяя его массу m₁ в килограммах.

2. Открывают кран 2, подставив под него большой сосуд. Вода начинает вытекать непрерывной струей, создавая разрежение под пробкой, а вскоре начинает вытекать каплями.

3. Когда течение воды установилось, замечают время по часам и подставляют взвешенный пустой стаканчик под кран. Одновременно по шкале прибора 5 отмечают уровень воды над краном в метрах.

4. Когда в стаканчике будет примерно 20 – 30 см³ воды, кран закрывают. Замечают время закрытия крана и отмечают новый уровень воды .

5. Взвешивают стаканчик, определяя его массу с водой . Масса воды . Время протекания .

6. По измеренным значениям вычисляют среднюю длину свободного пробега молекул воздуха в метрах.

7. Повторяют опыт еще два раза, исключая взвешивание пустого стаканчика и, взяв другие значения времени t. Левая часть рабочей формулы одинаковы во всех измерениях, поэтому ее вычисляют один раз. Результаты измерений заносят в таблицу:

8. На трех полученных значений находят среднее значение, задают доверительную вероятность и вычисляют доверительный интервал (см. “Подсчет погрешностей”). Окончательный результат приводят в виде:

= среднее значение ± м

с доверительной вероятностью =...

Достоверность полученного результата оценивают, сравнивая измеренное значение с теоретическим значением . Молекулярно-кинетическая теория приводит к следующему выражению для при давлении p ₀:

,

где k = 1, 38 ∙10^-23 Дж/К - постоянная Больцмана;

d = 3, 9 ∙10^-10 м - эффективный диаметр молекул воздуха;

p₀ = 10^-5 Па - атмосферный диаметр молекул воздуха;

T = 300 К - округленное значение абсолютной температуры в лаборатории.

Если вычисленное теоретически значение не выходит за пределы доверительного интервала, то опыт проведен правильно. Не слишком значительное отклонение говорит о наличии систематических ошибок, а отклонения на несколько порядков - о наличии грубых ошибок, которые необходимо исправить.

Вопросы для самопроверки

1. В чем состоит явление внутреннего трения в газах, и чем оно обусловлено?

2. Что называется средней длиной свободного пробега молекулы?

3. Запишите формулу Пуазейля. Что она определяет?

4. Получите формулу длины свободного пробега, рассмотрев явление внутреннего трения воздуха в трубке.

5. Опишите установку. Как найти объем воздуха, прошедшего сквозь трубку?

6. Как найти разность давлений между концами трубки?

7. В каком порядке проводятся измерения?

8. Как оценить достоверность результатов изменения?

Литература.

1. Трофимова Т.И. «Курс физики», изд-во: Академия, 2008

2. Савельев И.В. Курс общей физики, Т.3, СПб: «Лань», 2007

3 Детлаф А.А., Яворский Б.М. «Курс физики», изд-во: Академия, 2009