Инструкция по технике безопасности при работе

В лабораториях кафедры физики

 

1. Будьте внимательными и дисциплинированными, точно выполняйте указания преподавателя.

2. Не начинайте выполнения эксперимента без разрешения преподавателя.

3. Размещайте приборы, материалы, оснащение на своем рабочем месте таким образом, чтобы предотвратить их падение.

4. Перед выполнением работы необходимо внимательно выучить содержание и ход ее выполнения.

5. Для предотвращения падения при проведении опытов стеклянные сосуды (пробирки, колбы) аккуратно закрепляйте в лапке штатива.

6. При проведении опытов не допускайте предельных нагрузок измерительных приборов. Во время работы со стеклянными приборами будьте осторожными. Не вытягивайте термометры из пробирок с затвердевшим веществом.

7. Следите за исправностью всех креплений в приборах и приспособлениях. Не касайтесь и не наклоняйтесь (в особенности с неубранными волосами) к частям машины, которые двигаются.

8. Во время сборки экспериментальных установок используйте провода (с наконечниками, предупредительными чехлами) с крепкой изоляцией без видимых повреждений.

9. Во время сборки электрической цепи избегайте пересечения проводов. Запрещается пользоваться проводниками с изношенной изоляцией и выключателями открытого типа (при напряжении более 42 В).

10. Источник тока в электрической цепи включайте только после проверки и с разрешения преподавателя. Наличие напряжения в цепи можно проверить только с помощью приборов или указателей напряжения.

11. Не дотрагивайтесь до элементов, которые находятся под напряжением, и в которых нет изоляции. Не делайте повторного соединения в цепях и не трогайте предохранители до отключения источника электропитания.

12. Следите за тем, чтобы во время работы случайно не затронуть части электрических машин, которые движутся.

13. Не затрагивайте корпусы стационарного электрооборудования, зажимов открытых конденсаторов.

14. Используйте инструменты с изолирующими ручками.

15. После завершения работы выключите источник электропитания, после чего разберите электрическую цепь.

16. Не оставляйте рабочее место без разрешения преподавателя.

17. Обнаружив повреждения в электрических приборах, которые находятся под напряжением, немедленно выключите источник электропитания и сообщите об этом преподавателю.

18. Для присоединения приборов к сети пользуйтесь штепсельными соединениями.

Лабораторная работа № 1

 

Определение коэффициента внутреннего

Трения жидкости по методу Стокса

Цель работы. Определить коэффициент внутреннего трения (вязкость) жидкости по методу Стокса.

 

Приборы и принадлежности

1. Стеклянный цилиндр с исследуемой жидкостью.

2. Масштабная линейка.

3. Секундомер.

4. Металлические шарики.

5. Микрометр.

 

Краткая теория

Вязкость, или внутреннее трение – это явление возникновения силы трения между слоями жидкости или газа, перемещающимися параллельно друг другу с разными по величине скоростями.

Чтобы понять происхождение силы внутреннего трения, рассмотрим два соприкасающихся слоя жидкости (газа) А и В некоторой малой толщины dz каждый (рис. 1). Слои движутся в одну сторону с различными по величине скоростями и (пусть > ). Каждая молекула жидкости участвует в двух движениях: хаотическом, средняя скорость которого , и направленном движении со скоростью , которая по величине намного меньше, чем . За счет хаотического движения молекулы из слоя в слой переносят разные импульсы: из слоя А в слой В, из слоя В в слой А. Если > , то слой А замедляется, а слой В ускоряется, и через некоторое время направленные скорости слоев выравниваются. Таким образом явление вязкости относится к явлениям переноса и также, как и диффузия и теплопроводность, обусловлено молекулярным механизмом – хаотическим движением и перемешиванием молекул. В явлении вязкости между слоями жидкости возникают силы внутреннего трения, направленные по касательной к поверхности слоев. Направление, в котором отсчитывается расстояние между слоями (ось ), перпендикулярно скорости движения слоев. В этом же направлении изменяется и величина скорости направленного движения слоев. Изменение величины этой скорости на единице расстояния называется градиентом величины скорости: .

Импульс , переданный одному слою другим, тем больший, чем больше выбрана площадь переноса импульса соприкасающихся слоев, время переноса импульса и изменение величины скорости между слоями, то есть, чем больше :

. (1)

 

Коэффициент пропорциональности называют коэффициентом внутреннего трения, или коэффициентом вязкости, или просто динамическая вязкость жидкости (газа). Знак «минус» указывает, что импульс переносится в направлении слоя с меньшей скоростью.

Выражение (1) перепишем как

 

, (2)

 

которое называется эмпирическим уравнением вязкости или уравнением Ньютона.

Величина называется плотностью потока импульса и показывает величину импульса переносимого из одного слоя в другой за единицу времени через единичную площадку перпендикулярно этой площадке.

Согласно второму закону Ньютона , в данном случае - сила трения между слоями жидкости (газа). Тогда уравнение (2) перепишется

. (3)

Коэффициент вязкости

. (4)

Из последнего выражения (4) следует физический смысл коэффициента вязкости : коэффициент вязкости численно равен силе трения, возникающей между двумя слоями жидкости (газа) вдоль поверхности их соприкосновения на единицу площади () при градиенте величины скорости направленного движения слоев равном единице ().

В формулах (3) и (4) знак «минус» перед правой частью нельзя писать, так как сила трения представляет одинаковый модуль двух противоположно направленных сил, с которыми слои действуют друг на друга согласно третьему закону Ньютона.

Исходя из молекулярно-кинетической теории газов коэффициент вязкости

(5)

 

где - средняя длина свободного пробега молекул, - средняя арифметическая скорость теплового (хаотического) движения молекул, - плотность газа.

Из формул (4) и (5) определяется единица измерения в СИ коэффициента вязкости:

(паскаль-секунда).