Изотермическая атмосфера

Изотермическая
атмосфера
Руководитель проекта: Ломаченков И.А.
Участники проекта:
Газизов Данияр
Сидорчук Дмитрий
Егорова Татьяна Слунечкова Магдалена
Матвеев Дмитрий
Петров Захар
Цели проекта
 Изучение распределения паров
воды внутри специальной трубы;
 Оценка коэффициента диффузии
водяных паров.
250 см
Оценка времени установления
концентрации водяных паров по
высоте трубы
100 см
 После того, как в емкости была
залита вода, в трубу был установлен психрометр.
 Время t, за которое влажность
воздуха стала повышаться на
высоте 1 м, примерно 1 час.
Это значит, что пары воды
достигли высоты в 1 м
примерно за 1 ч.
Оценка времени установления
концентрации водяных паров по
высоте трубы
 Как показывают расчеты, время, которое необходимо хаотически движущимся молекулам воды, чтобы достичь высоты h, пропорционально
квадрату высоты. Следовательно, для двух разных высот h1 и h2:
t2
t1
h2
h1
2
Согласно измерениям, на высоте h1≈1 м время
установления влажности t1≈1 ч. На высоте же h2
=2,5 м (высота трубы) время установления влажности:
2
t2 = 1ч*(2,5/1) ≈ 6 ч
Концентрация водяных
паров
3
2
 Для измерения относительного
хода распределения концентрации водяных паров по высоте трубы используем установку
с лазерной указкой (1) и чувствительным светоиндикатором
(2), подключенным к мультиметру (3).
1
Концентрация водяных паров
 При увеличении концентрации водяных
паров в трубе интенсивность рассеивания лазерного луча тоже будет увеличиваться, (показания мультиметра –
уменьшаться). Проведя несколько измерений, можно будет судить о распределении паров воды в трубе:
Результаты эксперимента
Показания мультиметра
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
Высота (см)
8
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
Концентрация водяных паров
 По характеру поведения кривой можно
сделать вывод, что концентрация водяных паров уменьшается с высотой, причем более всего изменения заметны
вблизи поверхности воды.
 С помощью психрометра определим
распределение относительной влажности по высоте трубы:
100
99
98
97
96
95
94
93
92
91
90
89
88
87
86
85
84
83
82
81
80
Показания
психрометра (%)
Результаты эксперимента
Высота (см)
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
Концентрация водяных паров
 Итак, результаты измерений распределения водяных паров по высоте трубы,
выполненные с помощью лазера и психрометра, согласуются.
Оценка массы испарившейся воды
 Установим узкую пробирку, доверху наполненную
водой и заметим, на сколько мм опустился уровень
воды в пробирке за сутки. Изменение уровня составило примерно 0,5 мм. Измерив площадь сечения
пробирки (7 см2) и площадь поверхности воды в двух
подносах (2000 см2) нетрудно получить оценку массы
испарившейся за сутки воды
 ΔМ= плотность воды*изменение объема =70 г (за
сутки)
Оценка коэффициента диффузии - D
 Используем формулу:
нп Δφ
ΔМ=-D ––––– St, где ΔМ – масса испарившейся
воды, Δh
S – площадь
поперечного сечения
трубы,
t – время наблюдения,
нп – плотность насыщенного пара при комнатной
температуре,
Δφ – изменение относительной влажности по высоте
трубы,
Δh – изменение уровня измерений в трубе
Теперь выразим D и найдем его значение:
D= -(ΔМ Δh)/(St нп Δφ).
-4
2 получим оценку D:
Подставив численные значения,
D≈3.4*10
м /с
Выводы
 Опытным путем установлен характер распределения водяных паров по высоте трубы;
 Установлено, что значительное изменение
влажности наблюдается только в пределах
0,5 м от поверхности воды;
 Полученная оценка коэффициента диффу-зии
D≈3.4*10-4 м2/с существенно отличается от
табличного значения (Dтабл≈0.21*10-4 м2/с, при
0 С и нормальном атмосферном давлении)
 Как показали дополнительные измерения, это
различие обусловлено неправильной оценкой
скорости испарения воды. Она оказалась
завышенной в несколько раз.