Badanie współczynnika lepkości powietrza, LEP, Wst˙p teoretyczny.

Wstęp teoretyczny

Pojęcie lepkości powietrza wynika z teorii kinetycznej gazów. Siła lepkości wynika z przenoszenia się pędów pomiędzy warstwami gazu, a opisuje ją wzór Newtona :

gdzie:

ΔS jest pewną płaszczyzną gazu

Δu jest różnicą prędkości dwóch sąsiednich warstw gazu

Δz to liczba zderzeń cząsteczki

η to współczynnik lepkości, który wyraża sie przez

Gęstość gazu ρ można wyrazić za pomocą równania stanu gazu doskonałego:

Prędkość średnią
wyraża się zgodnie z prawem maxwellowskiego rozkładu prędkości

natomiast to tzw. średnia droga swobodna czyli średnia droga przebywana przez cząsteczkę pomiędzy kolejnymi zderzeniami.

Uwzględniając ruch wszystkich cząsteczek, średnia droga swobodna wyraża się wzorem:

gdzie k - stała Boltzmana, d - średnica cząsteczki

Średnią drogę swobodną można określić analizując wyładowania elektryczne w gazach rozrzedzonych.

Metoda pomiaru współczynnika lepkości powietrza oparta jest na prawie Poiseuille'a:

Prawo to ustala zależność wydatku V/t
płynu przepływającego przez rurkę kapilarną

(o promieniu r i długości l) pod wpływem różnicy ciśnień na jej końcach.

Opis metody pomiarowej

Współczynnik lepkości powietrza wyznaczamy przy użyciu odpowiedniej aparatury. Rurka kapilarna, z manometrem wodnym na jej końcach, połączona jest z butlą szklaną o pojemności ok. 10 litrów. Butla wypełniona jest wodą do 2/3
objętości. Woda ta wypływając poprzez zawór w butli obniża ciśnienie powietrza w butli. Podciśnienie wymusza przepływ powietrza przez rurkę kapilarną i filtr osuszający (wypełniony żelem silikonowym). Różnica ciśnień na końcach kapilary nie może być zbyt duża ponieważ prawo Poiseuille'a słuszne jest dla przepływu laminarnego.