Ebook Bài giảng Tài liệu thực hành môn Vật lý đại cương: Phần 2

Nó dao động xung quanh vị trí ấy một thời gian rồi lại tiếp tục bỏ đi nơi khác… Mỗi phân tử chất lỏng tương tác khá mạnh với các phân tử láng giềng và lực tương tác là lực hút, nhưng [r]

73 Bài

XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHỚT CỦA CHẤT LỎNG THEO PHƯƠNG PHÁP STỐC

1 Mục đích yêu cầu 1.1 Mục đích

Mục đích thí nghiệm trang bị cho sinh viên kiến thức kỹ thực nghiệm cần thiết để xác định hệ số nhớt chất lỏng theo phương pháp Stốc

1.2 Yêu cầu

i Nắm sở lý thuyết thí nghiệm;

ii Nắm cấu tạo hoạt động thiết bị thí nghiệm dùng để xác định hệ số nhớt chất lỏng theo phương pháp Stốc;

iii Biết cách tiến hành thí nghiệm nhằm xác định hệ số nhớt chất lỏng theo phương pháp Stốc;

iv Viết báo cáo thí nghiệm, tính sai số theo yêu cầu 2 Cơ sở lý thuyết

Xét chuyển động chất lỏng ống hình trụ theo phương song song với trục Ox ống Nếu vận tốc chuyển động chất lỏng không lớn, ta xem dịng chất lỏng phân chia thành nhiều lớp mỏng chuyển động với vận tốc v có độ lớn thay đổi biểu diễn hình 3.21

74

Nguyên nhân gây tượng mặt tiếp xúc lớp chất lỏng xuất lực nội ma sát có tác dụng cản trở chuyển động tương đối chúng

Nguyên nhân lực nội ma sát chất lỏng đâu? Cấu tạo phân tử chất lỏng vừa có nét giống với chất rắn, vừa có nét giống với chất khí: mật độ phân tử chất lỏng lớn, gần giống chất rắn, chất lỏng phân tử lại khơng có vị trí cố định chất rắn mà di chuyển tương đối dễ dàng, gần giống chất khí Do đó, trạng thái lỏng có tính chất phức tạp Cho đến người ta chưa xây dựng lý thuyết hoàn chỉnh chất lỏng Trong số lý thuyết chất lỏng, lý thuyết nhà vật lý Nga Ia I Frenkel đề xướng cho phép giải thích nhiều tính chất chất lỏng Theo lý thuyết này, phân tử chất lỏng "lang thang" toàn thể tích chất lỏng giống người du mục Thỉnh thoảng dừng lại dao động xung quanh một vị trí cân (tại vị trí cân phân tử đạt cực tiểu địa phương) Sau thời gian, va chạm với phân tử khác, phân tử nhận động đủ lớn giúp rời bỏ vị trí cân này, bỏ để tìm đến vị trí cân Nó dao động xung quanh vị trí thời gian lại tiếp tục bỏ nơi khác… Mỗi phân tử chất lỏng tương tác mạnh với phân tử láng giềng lực tương tác lực hút, lực tương tác giảm nhanh theo khoảng cách Dựa lý thuyết này, nêu hai nguyên nhân dẫn đến lực nội ma sát chất lỏng

Nguyên nhân thứ trao đổi động lượng phân tử lớp chất lỏng có vận tốc định hướng khác Trong dòng chất lỏng, phân tử chất lỏng tham gia đồng thời hai chuyển động: chuyển động có hướng chuyển động nhiệt hỗn loạn Kết ln có trao đổi phân tử lớp chất lỏng Các phân tử lớp nhanh chuyển sang lớp chậm tương tác với phân tử lớp chậm truyền bớt động lượng cho phân tử đó, làm tăng vận tốc định hướng lớp chậm Tương tự, phân tử lớp chậm chuyển sang lớp nhanh làm giảm vận tốc định hướng lớp nhanh

75

các phân tử có bên mặt cầu tương tác phân tử thuộc lớp kia, làm cản trở chuyển động tương đối hai lớp, tức dẫn đến ma sát hai lớp

Thực nghiệm chứng tỏ trị số lực nội ma sát Fms hai lớp chất lỏng có vận tốc định hướng v v + dv, nằm cách khoảng dz dọc theo phương Oz, tỷ lệ với gradien vận tốc

dz dv

(tức độ biến thiên trị số vận tốc đơn vị dài) theo phương Oz tỷ lệ với độ lớn diện tích mặt tiếp xúc S hai lớp chất lỏng chuyển động tương nhau:

S dz dv

Fms   (3.40)

Hệ số tỷ lệ  gọi hệ số nhớt chất lỏng Trị số  phụ thuộc chất chất lỏng giảm nhiệt độ tăng Đơn vị đo  kg/ms

Giả sử viên bi nhỏ bán kính r rơi thẳng đứng với vận tốc v khối chất lỏng, lớp chất lỏng bám dính vào mặt viên bi chuyển động với vận tốc v Do tác dụng lực nội ma sát, lớp chất lỏng kéo lớp khác nằm gần chuyển động theo Thực nghiệm chứng tỏ khoảng cách

3 2r

tính từ mặt ngồi viên bi xa nó, vận tốc lớp chất lỏng có trị số giảm dần từ v đến (hình 3.22)

Khi gradien vận tốc theo phương Oz bằng:

r v r

v dz dv

2 3 



 (3.41)

Theo công thức (3.40), lực nội ma sát lớp chất lỏng bám dính vào mặt ngồi viên bi (S = 4r2) lớp chất lỏng tiếp xúc với có trị số bằng:

r

z

x v



76

ms r2

r

v S dz dv

F    

hay Fm s  6rv (3.42)

Cơng thức gọi cơng thức Stốc, cho biết lực ma sát nhớt tăng tỷ lệ với vận tốc v vận tốc v không lớn (cỡ vài m/s) viên bi chuyển động chất lỏng rộng vô hạn

Có thể xác định hệ số nhớt  chất lỏng theo phương pháp Stốc (Stokes) nhờ thiết bị vật lý kiểu MN - 971A (hình 3.23) gồm: ống thuỷ tinh đựng chất lỏng giữ thẳng đứng giá đỡ 9, hai đầu cảm biến từ nối với đo thời gian số bố trí mặt phía trước hộp chân đế Khi thả rơi viên bi có khối lượng m qua phễu định tâm vào chất lỏng có hệ số nhớt  cần đo, viên bi chịu tác dụng ba lực:

- Trọng lựcPhướng thẳng đứng từ xuống có trị số bằng:

g r mg

P 0

3 4  

 (3.43)

với r bán kính 0 khối lượng riêng viên bi, g gia tốc trọng trường - Lực đẩy Acsimet FA



hướng thẳng đứng từ lên có trị số trọng lượng khối chất lỏng bị viên bi chiếm chỗ:

Hình 3.23 Sơ đồ thiết bị MN – 971A

2

8

5

6 10

11

77 FA r3g

3

 (3.44)

với  khối lượng riêng chất lỏng

- Lực nội ma sát FC hướng thẳng đứng từ lên có trị số bằng:

Fc = 6 rv (3.45)

với v vận tốc viên bi  hệ số nhớt chất lỏng

Dưới tác dụng lực trên, viên bi chuyển động với gia tốc

dt v d a    tuân theo phương trình động lực học:

C A F F P dt v d

m   



 

 (3.46)

Chiếu phương trình (3.46) xuống hướng chuyển động viên bi, ta tìm được: rv g r g r dt dv

m     6

3

4

0

3  



Nghiệm phương trình có dạng:

( ) (1 )

9

2 32m

rt e g r v       

 (3.47)

trong e số lôganêpe, t thời gian chuyển động viên bi Dễ dàng nhận thấy sau khoảng thời gian t không lớn, đại lượng 2m

rt e   giảm nhanh tới vận tốc v viên bi đạt trị số không đổi bằng:

 

 r g

v 0 ) ( 

 (3.48)

Trong giai đoạn đầu chuyển động, gia tốc a làm cho vận tốc viên bi tăng dần, mặt khác vận tốc tăng lực nội ma sát tăng theo Khi vận tốc đạt đến giá trị v0 lực đẩy Acsimet lực nội ma sát triệt tiêu hoàn toàn trọng lực, viên bi chuyển động thẳng Có thể xác định trị số v0 cách đo khoảng thời gian chuyển động t viên bi rơi thẳng hai vạch chuẩn cách khoảng L:

t L v 0

78

L gt d2

0 )

( 18

1  

  (3.49)

3 Dụng cụ thí nghiệm 3.1 Dụng cụ

1 Thiết bị thí nghiệm vật lý MN - 971A (hình 3.24) gồm:

- Ống thuỷ tinh cao 95 cm, chia độ mm/vạch; - Chất lỏng (glixerin) cần đo hệ số nhớt;

- Các viên bi (bằng sắt vật liệu từ mềm); - Phễu định hướng dùng để thả viên bi; - Nam châm nhỏ dùng để lấy viên bi khỏi chất lỏng;

- Hộp chân đế giá đỡ;

- Thiết bị số đo thời gian rơi viên bi; - Cảm biến

2 Thước panme – 25 mm, độ xác 0,01 mm

3.2 Trình tự thí nghiệm

3.2.1 Đo đường kính d viên bi panme (xem 1)

Dùng panme, thực 10 lần phép đo đường kính d viên bi vị trí khác viên bi Đọc ghi giá trị d lần đo vào bảng 3.10 3.2.2 Đo khoảng thời gian chuyển động t viên bi rơi chất lỏng

a Vặn vít mặt hộp chân đế (hình 3.23) để điều chỉnh cho giá đỡ ống trụ thuỷ tinh đựng chất lỏng hướng thẳng đứng Giữ cố định vị trí cảm biến (đã điều chỉnh nằm cách miệng ống trụ thuỷ tinh một khoảng lớn 20 cm cách cảm biến khoảng không đổi L = 60 cm)

Cắm phích lấy điện thiết bị vật lý MN - 971A vào nguồn điện ~220 V Bấm khoá K mặt trước hộp chân đế 8: đèn LED phát sáng chữ số hiển thị cửa sổ “TIME” “N” mặt máy

79

b Điều chỉnh độ nhạy cảm biến từ đo thời gian số theo trình tự sau:

- Vặn hai núm xoay ngược chiều kim đồng hồ vị trí tận bên trái Ấn nút “RESET” để chữ số thị trở

- Điều chỉnh độ nhạy cảm biến (nằm phần thân ống trụ thuỷ tinh đựng chất lỏng) cách vặn từ từ núm xoay theo chiều quay kim đồng hồ chữ số thị cửa sổ “TIME” bắt đầu nhảy số dừng vặn ngược lại chút (khoảng 1/4 đến 1/2 độ chia nó) Sau đó, ấn nút “RESET” để chữ số thị trở Kiểm tra lại vị trí cách chạm nhẹ ngón tay vào đầu cọc nối dây cảm biến 5: chữ số thị cửa sổ “TIME” lại nhảy số, cảm biến điều chỉnh đủ nhạy để hoạt động

- Thực động tác tương tự núm xoay để điều chỉnh độ nhạy cảm biến Bấm nút “RESET” để chữ số thị trở

Chú ý: Khi hai cảm biến điều chỉnh không (ở vị trí vượt q ngưỡng độ nhạy) điều chỉnh tiếp cảm biến thứ hai Trong trường hợp này, ta phải thực lại động tác (2 - b) cách cẩn thận c Thả nhẹ viên bi sắt qua phễu định tâm để rơi thẳng đứng dọc theo trục ống trụ thuỷ tinh đựng chất lỏng có hệ số nhớt  cần đo

Khi viên bi chuyển động qua tiết diện ngang cảm biến (có dạng vịng dây dẫn nối với mạch cộng hưởng điện), làm xuất xung điện có tác dụng đóng ngắt đo thời gian số Vì vậy, đo thời gian số tự động đo khoảng thời gian rơi t viên bi khoảng cách L hai cảm biến Thực 10 lần động tác với viên bi chọn Đọc ghi giá trị t thị cửa sổ “TIME” ứng với lần đo vào bảng 3.10

Bên trái cửa sổ “TIME” cịn có cửa sổ thị “N” để theo dõi số lần hoạt động cảm biến 5: lần viên bi qua cảm biến, chữ số thị cửa sổ “N” lại tăng thêm đơn vị

80

nhẹ nhàng để làm cho viên bi trượt dọc theo thân ống nối 11 lên tới miệng ống Chờ cho glixerin bám dính viên bi nhỏ giọt hết, ta lấy đặt lên tờ giấy thấm

4 Câu hỏi kiểm tra

4.1 Sự xuất lực nội ma sát Giải thích chất viết biểu thức lực Đơn vị đo hệ số nhớt chất lỏng gì?

4.2 Trình bày cách xác định hệ số nhớt chất lỏng theo phương pháp Stốc Giải thích nguyên nhân gây lực cản chuyển động viên bi rơi chất lỏng

4.3 Vận tốc viên bi rơi chất lỏng thay đổi phụ thuộc thời gian nào? Tại đo thời gian rơi viên bi lại vị trí cách miệng ống trụ thuỷ tinh khoảng đủ lớn (chẳng hạn lớn 20 cm)?

4.4 Trong điều kiện nào, ta tính hệ số nhớt  chất lỏng theo công thức (3.49)?

5 Báo cáo thí nghiệm

Điểm Thời gian lấy số liệu:

Ngày ……… tháng ……… năm ……… Chữ ký giáo viên hướng dẫn:

5.1 Mục đích thí nghiệm

5.2 Kết thí nghiệm

Bảng số liệu

- Khối lượng riêng  chất lỏng (glixerin): 3

/ 10 ) 011 , 260 ,

(  kg m





- Khối lượng riêng 0 viên bi sắt: 0 (7,700,03).103kg/m3

- Khoảng cách L hai đầu cảm biến 5: L(600,00,5).103m

- Gia tốc trọng trường:

/ ) 012 , 787 ,

( m s

g  

81 Kết đo

Bảng 3.10 Kích thước viên bi thời gian rơi viên bi

Lần đo d (mm) t (s)

1 10

Giá trị trung bình

5.3 Tính biểu diễn kết đại lượng đo trực tiếp

            t t t d d d t d

5.4 Tính biểu diễn kết hệ số nhớt 



 gd t

L

2

0 . .

18                  t t d d g g L L 0         .             

5.5 Nhận xét đánh giá kết

82 Bài

XÁC ĐỊNH TỶ SỐ NHIỆT DUNG PHÂN TỬ CỦA CHẤT KHÍ 1 Mục đích thí nghiệm

1.1 Mục đích

Mục đích thí nghiệm trang bị cho sinh viên kiến thức kỹ thực nghiệm cần thiết để xác định tỷ số nhiệt dung riêng phân tử (Cp/CV) chất khí (cụ thể khơng khí)

1.2 Yêu cầu

i Nắm sở lý thuyết thí nghiệm;

ii Nắm cấu tạo hoạt động thiết bị thí nghiệm;

iii Biết cách tiến hành thí nghiệm nhằm xác định tỷ số nhiệt dung phân tử (Cp/CV) chất khí;

iv Viết báo cáo thí nghiệm, tính sai số theo yêu cầu 2 Cơ sở lý thuyết

Nhiệt dung riêng c chất khí đại lượng vật lý có trị số lượng nhiệt cần truyền cho đơn vị khối lượng chất khí để làm tăng nhiệt độ lên 1K (Kelvin) Gọi Q lượng nhiệt cần truyền cho khối lượng m chất khí để nhiệt độ tăng thêm lượng dT, ta có:

mdT Q

c   (3.50)

Đối với chất khí, người ta thường dùng nhiệt dung phân tử C, tức nhiệt dung mol chất khí:

C = c (3.51)

với  khối lượng mol chất khí Đơn vị đo c J/kgK, C J/molK  kg/mol

Nhiệt dung chất khí phụ thuộc vào điều kiện nung nóng Thực vậy, theo nguyên lý thứ nhiệt động lực học: Lượng nhiệt Q truyền cho hệ vật q trình biến đổi trạng thái vơ nhỏ có giá trị tổng số độ biến thiên nội dU hệ vật công '

A

 hệ vật sinh q trình đó:

' A dU

Q 

83 '

A

 = pdV, với p áp suất dV độ biến thiên thể tích khối khí q trình biến đổi trạng thái Thay (3.52) vào (3.50) áp dụng cho mol chất khí, ta được:

dT pdV dT

dU

C  (3.53)

- Trong q trình đẳng tích (thể tích khơng đổi): V = const dV = 0, nên

'

A

 = pdV = Theo (3.53), ta suy nhiệt dung phân tử đẳng tích:

dT dU

CV  (3.54)

- Trong trình đẳng áp (áp suất khơng đổi): p = const dp = Khi đó, từ phương trình trạng thái mol chất khí:

pV = RT (3.55)

với R =8,31J/molK số chất khí Lấy vi phân (3.55):

pdV + Vdp = RdT (3.56)

Thay (3.54), (3.56) vào (3.53) với dp = 0, ta nhận nhiệt dung phân tử đẳng áp:

R C R

dT dU

Cp    v  (3.57)

- Trong trình đoạn nhiệt (hệ khơng trao đổi nhiệt với bên ngồi):

Q = 0, nên từ (3.52) (3.53) (3.54) ta có:

pdV = -CV.dT (3.58)

Chia (3.56) cho (3.58) ý đến (3.57):

V P V

V p

C C C

C C pdV

Vdp    



1

hay:

V dV p

dp

với  1 V P

C C



Thực phép tích phân, ta tìm phương trình Poatxơng

pV = const (3.59)

84

Trong thí nghiệm này, ta xác định tỷ số nhiệt dung phân tử khơng khí theo phương pháp dãn nở đoạn nhiệt nhờ dụng cụ bố trí hình 3.25

Bình thuỷ tinh A chứa khơng khí nối thơng với áp kế cột nước M, đồng thời nối thông với bơm nén khí B với khí bên ngồi nhờ khố ba chạc K Tồn dụng cụ lắp đặt hộp chân đế G kim loại

Lúc đầu, vặn khố K sang vị trí 1-1 để nối thơng bình A với áp kế M bơm B Dùng bơm B, bơm khơng khí vào bình A làm tăng dần áp suất bình đến giá trị ổn định p1:

p1 = H0 + H (3.60)

H0 áp suất khí bên ngồi, H độ chênh lệch áp suất khơng khí trong bình A so với áp suất khí bên Các đại lượng H0 H tính theo độ cao cột nước (mmH2O)

Tiếp đó, vặn khố K sang vị trí để khơng khí nhanh ngồi khi áp suất khí bình A giảm tới giá trị p2 = Ho, lại vặn khố K vị trí Sau đóng K2 ta thấy áp suất chất khí bình tăng lên từ từ đạt

đến giá trị ổn định p3 = H0 + h Bằng việc ghi lại giá trị H h ta tính hệ số Pốtxơng 

Giả sử sau bơm khơng khí vào bình A (chờ khoảng phút cho hệ đạt tới trạng thái cân bằng): khơng khí bình có khối lượng m0, chiếm thể tích V0 bình, có áp suất p1 nhiệt độ T1 (nhiệt độ phòng) Khi mở

H

G M

K1

K2

B

A

85

khố K: khối lượng khơng khí ngồi bình A m Do khối lượng khơng khí cịn lại bình cịn bằng: m = m0 - m

Khối lượng khí m chiếm thể tích V2 = V0, có áp suất

p2 < p1 Như vậy, suy trước mở khố K: khối lượng khí m bình A áp suất p1 nhiệt độ T1 chiếm thể tích V1 < V0 Vì q trình dãn nở khối lượng khí m bình A từ trạng thái (p1 ,V1) sang trạng thái (p2,V2 = V0) xảy rất nhanh, không kịp trao đổi nhiệt với bên ngồi (Q = 0) nên coi gần đúng trình giãn nở đoạn nhiệt Trong q trình này, khối lượng khí m bị lạnh nhiệt độ giảm từ nhiệt độ phòng T1 xuống đến nhiệt độ T2 < T1

Áp dụng phương trình Pốtxơng (3.59) khối lượng khí m dãn nở đoạn nhiệt từ trạng thái (p1, V1, T1 ) sang trạng thái (p2, V2 = V0, T2) biểu diễn đường cong đoạn nhiệt 1- đồ thị hình 2.26, ta có:

p1V1 = p2V2 hay

       

1

2

V V p p

(3.61) Tiếp đó, khối khí m chiếm thể tích Vo bình A thu nhiệt từ ngồi qua thành bình: q trình biến đổi đẳng tích này, nhiệt độ tăng dần từ T2 đến T1, áp suất tăng từ p2 đến p3:

p3 = H0 + h (3.62)

Với h độ chênh lệch áp suất khối khí m bình A so với khí bên ngồi theo độ cao cột nước áp kế M Từ đồ thị hình 2.26, ta nhận thấy trạng thái thuộc trình đẳng nhiệt T1 biểu diễn đường cong 1-3 p

V

V1 V0

p1

p2

p3

(1)

(2) (3) p1 = H0 + H

p3 = H0 + h

p2 = H0

86

Áp dụng định luật Bôilơ – Mariôt (pV = const) cho khối khí m trình biến đổi đẳng nhiệt từ trạng thái (p1, V1, T1) đến trạng thái (p3, V2 = V, T1), ta có:

p1V1 = p3V2 hay

1

3

V V p

p  (3.63) So sánh (3.61) với (3.63) thay giá trị áp suất p1, p2, p3 theo độ chênh lệch cột nước H0, H, h áp kế M, đồng thời ý đến điều kiện H, h << H0 hệ thức gần ln(1 + x)  x x << 1, ta tìm kết quả:

h H

H

 

 (3.64)

Công thức (3.64) cho phép xác định tỷ số nhiệt dung phân tử  =

V P

C C

của khơng khí sau đo độ chênh lệch cột nước H h áp kế M ứng với trình dãn nở đoạn nhiệt - trình nung nóng đẳng tích - khối lượng khơng khí m chứa bình A

3 Trình tự thí nghiệm 3 Dụng cụ

Bộ thí nghiệm xác định tỉ số nhiệt dung phân tử chất khí (hình 3.27) gồm:

1 Bình thuỷ tinh hình trụ (loại 10 lít); Áp kế cột nước hình chữ U có thước milimét;

3 Bơm nén khí dùng bóp cao su; Khố ba chạc kim loại thuỷ tinh; Hộp chân đế có giá đỡ áp kế chữ U

87 3.2 Trình tự thí nghiệm

Bước Đóng khố K2 vặn nhẹ khố K1 sang vị trí (vị trí mở) để nối

thơng bình A với bơm nén khí B Bơm từ từ khơng khí vào bình A tới độ chênh lệch cột nước hai nhánh áp kế M đạt khoảng 300 mmH2O ngừng

lại Vặn khố K1 để đóng kín bình A

Chú ý: Khơng bơm mạnh, tránh làm nước áp kế M Chờ khoảng - phút để nhiệt độ khối lượng khơng khí vừa bơm vào bình A cân với nhiệt độ phịng Để đo nhiều lần với áp suất p1 ban đầu nhau, ta mở từ từ van bơm B để giảm bớt lượng khơng khí bình A cho chênh lệch độ cao cột nước H đạt giá trị cho trước (chọn khoảng 200 – 250 mm) Đọc ghi giá trị L1 L2 vào bảng 3.11

Độ chênh lệch áp suất khối lượng khơng khí vừa bơm vào bình A so với áp suất khí bên ngồi có giá trị bằng:

H = L1 + L2 (mmH2O)

Bước Vặn nhanh khố K sang vị trí (thuận chiều kim đồng hồ) để khơng khí bình A ngồi, áp suất khơng khí bình A cân với áp suất khí bên ngồi ta vặn nhanh khố K để đóng kín bình A

Muốn kết đo xác, cần quan sát đóng kín khố K cột nước hai nhánh áp kế M vừa đạt mức ngang (hoặc nghe vừa dứt tiếng xì khí khỏi bình A)

Chờ khoảng - phút cho nhiệt độ khối lượng không khí cịn lại bình A cân với nhiệt độ phịng Khi độ cao l1 l2 cột nước hai nhánh áp kế M đạt giá trị ổn định Đọc ghi giá trị l1 l2 vào bảng 3.11

Độ chênh lệch áp suất tính theo milimét cột nước (mmH2O) khối khơng

khí cịn lại bình A so với áp suất khí bên ngồi có giá trị bằng:

h = l1 + l2 (mmH2O)

88 4 Câu hỏi kiểm tra

4.1 Định nghĩa viết biểu thức nhiệt dung riêng nhiệt dung phân tử Nhiệt dung chất khí có phụ thuộc điều kiện q trình nung nóng khơng? 4.2 Phân biệt nhiệt dung phân tử đẳng tích CV đẳng áp Cp Tìm biểu thức liên hệ chúng để chứng tỏ Cp > CV

4.3 Trong thực tế, coi gần trình nén dãn khí đẳng nhiệt đoạn nhiệt? Sau nén giãn khí chứa bình A, phải chờ khoảng thời gian (khoảng - phút) độ chênh lệch cột nước hai nhánh áp kế M đạt giá trị ổn định?

4.4 Muốn đảm bảo kết đo xác, phải đóng kín khố K cột nước hai nhánh áp kế M vừa đạt mức ngang nhau?

5 Báo cáo thí nghiệm

Điểm Thời gian lấy số liệu:

Ngày ……… tháng ……… năm ……… Chữ ký giáo viên hướng dẫn:

5.1 Mục đích thí nghiệm

5.2 Kết thí nghiệm

Bảng số liệu

- Độ chênh áp suất: H = L1 + L2 = (mmH20)

- Độ xác áp kế M: (mmH20)

Bảng 3.11 Độ chênh lệch áp suất cột khơng khí

Lần đo l1(mmH20) l2 (mmH20) h = l1 + l2 (mmH20)

1

89

5.3 Tính biểu diễn kết đại lượng đo trực tiếp

            t t t d d d t d

5.4 Tính biểu diễn kết hệ số nhớt + Sai số tương đối:

        ) (H h H H h h H    đó:             2 l l h L L H

+ Giá trị trung bình:

   h H H 

+ Sai số tuyệt đối:

 

 .

+ Biểu diễn kết đo:

            

5.5 Nhận xét đánh giá kết

90 BÀI

ĐO SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CỦA NGUỒN ĐIỆN BẰNG MẠCH XUNG ĐỐI

1 Mục đích yêu cầu 1.1 Mục đích

Mục đích thí nghiệm trang bị cho sinh viên kiến thức kỹ thực nghiệm cần thiết để xác định suất điện động nguồn điện (cụ thể nguồn pin)

1.2 Yêu cầu

i Nắm sở lý thuyết thí nghiệm;

ii Nắm cấu tạo hoạt động thiết bị thí nghiệm;

iii Biết cách tiến hành thí nghiệm nhằm xác suất điện động pin; iv Viết báo cáo thí nghiệm, tính sai số theo yêu cầu 2 Cơ sở lý thuyết

Suất điện động E nguồn điện thường đo trực tiếp Vôn kế V nối với hai cực nguồn điện tạo thành mạch kín có dịng điện I chạy qua (hình 3.28)

Nếu điện trở nguồn r số Vôn kế V cho biết hiệu điện U hai cực nguồn điện:

r I E U  

(3.65) Vì I  r  0, nên U < E Như vậy, phép đo trực tiếp suất điện động

của nguồn Vôn kế mắc sai số lớn Vơn kế có điện trở RV nhỏ (dẫn tới dòng điện I lớn) nguồn điện có điện trở r lớn

Muốn đo xác suất điện động nguồn điện, ta dùng phương pháp so sánh suất điện động EX nguồn điện cần đo với suất điện động E0

nguồn điện chuẩn mạch xung đối (hình 3.29) gồm: nguồn điện U có điện

V I

E, r

91

áp lớn EX E0 dùng cung cấp dòng điện I cho mạch điện hoạt động, dây điện trở XY đồng chất tiết diện trượt Z dịch chuyển dọc theo dây điện trở XZY, điện kế nhạy G có số thang đo dùng phát cường độ dịng điện nhỏ chạy qua

Nguồn điện EX E0 mắc xung nguồn điện U, tức cực dương (+) nguồn EX E0 nối với cực dương nguồn U điểm X Dòng điện nguồn EX E0 phát chạy tới điểm X có chiều ngược với dòng điện I nguồn điện U cung cấp nên chúng bù trừ

Nếu đóng khóa K có dịng điện chạy qua nguồn điện EX kim điện G bị lệch khỏi số Dịch chuyển dần trượt Z dọc theo dây điện trở XZY, ta tìm vị trí thích hợp trượt Z cho kim điện kế G quay trở số Khi cường độ dịng điện chạy qua nguồn điện EX điện kế G có giá trị khơng: IX = IG = 0, dòng điện chạy qua dây điện trở XZY có cường độ với dịng điện I nguồn U cung cấp cho mạch

Theo (3.65), hiệu điện UX hai cực nguồn điện EX bằng:

X Z X

X V V E

U   

(3.66)

Mặt khác, hiệu điện UX tính bằng: XZ Z

X

X V V I R

U   

(3.67)

Từ (3.66) (3.67), ta suy ra:

XZ X I R

E 

(3.68)

Thay nguồn điện EX nguồn điện áp chuẩn có suất điện động E0 xác định cực dương (+) nối với điểm X Nếu dịch chuyển trượt tới vị trí Z’ để kim điện kế G lại số 0, tức I0 = IG = 0, dòng điện chạy qua dây

Hình 3.29 Sơ đồ mạch điện mắc xung đối G

I

Ex

A

I K

U

92

điện trở XZY giữ nguyên cường độ dòng điện I nguồn U cung cấp cho mạch

Trường hợp hiệu điện U0 hai cực nguồn điện áp chuẩn E0 bằng:

0 '

0 V V E

U  X  Z  (3.69)

Và:

' '

0 VX VZ I.RXZ

U   

(3.70)

Suy ra:

' I.RXZ E 

(3.71)

So sánh (3.68) (3.71), ta tìm được:

'

'

1 '

0 L

L XZ XZ R

R E E

XZ XZ

X   

Hay:

'

1

L L E EX 

(3.72)

Như vậy, biết suất điện động E0 nguồn điện áp chuẩn, đồng thời đo độ dài L1 L1’ ứng với vị trí trượt Z Z’ dây điện trở XZY dịng điện chạy qua điện kế G khơng, ta xác định suất điện động EX của nguồn điện cần đo

3 Trình tự thí nghiệm 3.1 Dụng cụ (hình 3.30)

Hình 3.30 Bộ thí nghiệm xác định suất điện động nguồn điện Cầu dây XY gồm dây điện trở căng giá đỡ nằm ngang có thước thẳng dài 1000 mm;