Как найти диаметр трубки капилляра

Для решения задачи, нужно знать значения других величин, которые не даны в вопросе:

ρ – плотность воды (при заданной температуре и давлении)
g – ускорение свободного падения
h – высота подъема воды в капилляре
Если мы предполагаем, что капилляр находится в стандартных условиях (температура 25 градусов Цельсия, атмосферное давление), то можно использовать следующие значения:

плотность воды при 25 градусах Цельсия: ρ = 997 кг/м³
ускорение свободного падения: g = 9,81 м/с²
высота подъема воды в капилляре: h – неизвестно
Также, мы можем заметить, что формула для диаметра капилляра содержит коэффициент 4, что значит, что диаметр капилляра будет в 4 раза меньше, чем значение σ/ρgh.

Итак, диаметр капилляра можно вычислить следующим образом:

D = 4σ/ρgh

D = 4 * 7,3 * 10^-2 / (997 * 9,81 * h)

D = 2,96 * 10^-5 / h

Например, если высота подъема воды в капилляре равна 1 см (0,01 м), то диаметр капилляра будет:

D = 2,96 * 10^-5 / 0,01

D = 2,96 * 10^-3 м = 2,96 мм

Таким образом, диаметр капилляра будет зависеть от высоты подъема воды в капилляре. Чем выше подъем, тем меньше диаметр капилляра.

Если вам необходимо получить ответ на вопрос Вычислить диаметр капиллярной трубки, если вода поднимается на высоту 8 см?, относящийся
к уровню подготовки учащихся 10 – 11 классов, вы открыли нужную страницу.
В категории Физика вы также найдете ответы на похожие вопросы по
интересующей теме, с помощью автоматического «умного» поиска. Если после
ознакомления со всеми вариантами ответа у вас остались сомнения, или
полученная информация не полностью освещает тематику, создайте свой вопрос с
помощью кнопки, которая находится вверху страницы, или обсудите вопрос с
посетителями этой страницы.

Предложите, как улучшить StudyLib

(Для жалоб на нарушения авторских прав, используйте

другую форму
)

Цели урока:

• закрепление знаний и умений по теме
  “Поверхностное натяжение жидкости” при
  самостоятельном решении задач;
• развитие внимания и логического мышления через
  анализ полученных результатов;
• психологическая адаптация учащихся при решении
  задач в группах.

Оборудование:

• телевизор с видеомагнитофоном;
• кодоскоп;
• карточки с заданиями для самоконтроля;
• карточки с указаниями к экспериментальным
  заданиям;
• карточки с расчётными задачами;

Приборы для решения экспериментальных
задач:

• динамометры;
• капельницы;
• химические стаканы;
• полоски бумаги и ткани;
• термометры;
• различные жидкости.

Тип урока: Повторительно-обобщающий
урок.

Ход урока

I. Организационный момент:

1. Проверка готовности учащихся к уроку.

2. Демонстрация собственного учебного фильма,
состоящего из фрагментов, показывающих:

1. Движение, водомерки;
2. Схему водоснабжения растений;
3. Трактор, боронящий почву;
4. Горение керосиновой лампы;
5. Пропитку шпал;
6. Флотацию;
7. Удаление пятен.

Учитель: Почему столь разные явления и
процессы объединены в один видеофильм? Ответить
на этот вопрос мы сможем в конце нашего урока.

II. Актуализация заданий.

Учитель: А сейчас нужно выйти к доске и
записать формулу для определения коэффициента
поверхностного натяжения, прокомментировав её.

Ученик пишет на доске формулу: где:

–
коэффициент поверхностного натяжения,
измеряется в ^Н/м,

F – сила поверхностного натяжения, измеряется в
Ньютонах,

–
длина свободной поверхности жидкости,
измеряется в метрах.

Учитель: Нужно выйти к доске, записать
формулы для расчёта высоты подъёма жидкости в
капилляре.

Ученик записывает формулу, где:

 –
коэффициент поверхностного натяжения,
измеряется в ^Н/м,

–
плотность жидкости, измеряется в ^КГ/м³
,

g = 9,8 ^М/с² – ускорение свободного
падения,

r – радиус капилляра, измеряется в метрах.

2) Через кодоскоп на экран проецируется чертёж:

 

Учитель: Какой чертёж соответствует
следующей ситуации?

1. В стеклянный сосуд с несмачивающей его
жидкостью опущена стеклянная трубка?

Ученики: Данной ситуации
соответствует рисунок №2.

2. В стеклянный сосуд с ртутью опущена стальная
трубка?

Ученики: Данной ситуации
соответствует рисунок№4.

Учитель: Какой вывод следует из наших
рассуждений?

Ученики: Жидкость может смачивать, а
может и не смачивать поверхность твёрдого тела.

Учитель: Запишем этот вывод на доске
под цифрой I.

3) Через кодоскоп ученик, который получил
опережающее задание на дом, демонстрирует
следующий опыт:

Все фигуры вырезаны из бумаги, пропитанные
парафином, находятся на поверхности воды.

Если в указанном точке прикоснуться мылом, то
снаряд “вылетит” из ствола.

Учитель: Объясните увиденное.

Ученики: При соприкосновении мыла с
водой, коэффициент поверхностного натяжения с
этой стороны снаряда становится меньше, а
снаружи остаётся таким же, и под действием силы
поверхностного натяжения воды снаряд
вытягивается из ствола.

Учитель: Какой вывод из этого следует?

Ученики: Коэффициент поверхностного
натяжения зависит от рода вещества.

Учитель: Записываем этот вывод под
цифрой II на доске.

III. Самостоятельное решение задач

Класс разбивается на группы (в данном случае
ученики, сидящие за одной партой, составляют
группу). На каждом столе лежат:

а) карточки с задачами для самоконтроля (2
экземпляра)
б) карточки с указаниями к экспериментальным
задачам и соответствующие приборы – для групп
решающих экспериментальные задачи (1 экземпляр).
в) карточки с расчётными задачами (1 экземпляр).

Указания к экспериментальной задаче №1.

1. Из капельницы накапать 200 капель жидкости.
2. При помощи весов определить массу жидкости.
3. Определить массу одной капли, m₁ = m/N/
4. По формуле определить коэффициент
   поверхностного натяжения жидкости, где радиус
   капилляра = 0,4мм.
5. Измерить температуру воды

Указания к экспериментальной задаче №2.

1. Из капельницы накапать 200 капель жидкости.
2. При помощи весов определить массу жидкости.
3. Определить массу одной капли, m₁ = m/N/
4. По формуле определить коэффициент
   поверхностного натяжения жидкости, где радиус
   капилляра = 0,4мм.
5. Измерить температуру воды

Задача №3.

Из капельницы накапать равные массы сначала
холодной воды при температуре 8⁰С, затем
горячей воды при температуре 80⁰С.

Как и во сколько раз изменится коэффициент
поверхностного натяжения воды, если в I случае
образовалось 40, а во втором – 48 капель?

Плотность воды считать одинаковой.

Указания к экспериментальной задаче №4.

1. Опустить капилляр радиусом r = 0,11 мм в сосуд с
   водой.
2. Измерить высоту подъёма воды в капилляре – h.
3. По формуле вычислить коэффициент поверхностного
   натяжения, где:
   –
   плотность воды,
   g = 9,8 ^М/с² – ускорение свободного
   падения.

Указания к экспериментальной задаче №5.

1. Опустить капилляр радиусом r = 0.25 мм в сосуд с
   водой.
2. Измерить высоту подъёма воды в капилляре – h.
3. По формуле вычислить коэффициент поверхностного
   натяжения, где:
   –
   плотность воды,
   g = 9,8 ^М/с² – ускорение свободного
   падения.

Указания к экспериментальной задаче №6.

1. Опустить полоски промокательной бумаги, и хб
   ткани в стакан так, чтобы концы этих полосок
   только касались поверхности воды.
2. Как только поднятие воды прекратится, полоски
   вынуть и измерить высоту подъёма воды.
3. По формуле: определить диаметр капилляра.
4. Сделать вывод о диаметре капилляров разных тел.

Задача №7.

Керосин поднялся по капиллярной трубке на 1,5*10^-3
м.

Определить радиус трубки, если коэффициент
поверхностного натяжения керосина 2*10^-3 Н/м,
а его плотность 800 ^КГ/м³ .

Задача № 8.

Определите коэффициент поверхностного
натяжения ртути, если при погружении в неё трубки
диаметром 0,5*10^-3 м.

Ртуть опускается в трубке на 2,5*10^-2 м.

Плотность ртути 13600 ^КГ/м³ .

Указания к экспериментальной задаче № 9.

1. Медленно выворачивать винт динамометра ДПН до
   тех пор, пока не разорвётся плёнка жидкости.
2. Замерить показания динамометра.
3. По формуле: где l = 50 мм по указаниям на футляре.
4. Определить коэффициент поверхностного
   натяжения.

Указания к экспериментальной задаче №10.

1. Медленно выворачивать винт динамометра ДПН до
   тех пор, пока не разорвётся плёнка жидкости.
2. Замерить показания динамометра.
3. По формуле: где l = 80 мм по указаниям на футляре.
4. Определить коэффициент поверхностного
   натяжения.

Задача №11.

Какое усилие необходимо для отрыва тонкого
кольца массой 4 г. со средним диаметром 8 см от
поверхности глицерина?

Коэффициент поверхностного натяжения
глицерина 0,06 ^Н/м.

Задачи и задания подобраны таким образом, что
группы, решающие аналогичные задачи, находились
рядом, что позволяет учащимся по результатам
заданий сделать выводы о свойствах
поверхностного натяжения жидкости.

Расчётные задачи решаются в тетради, и решение
выносятся на прозрачную плёнку.

IV.Анализ результатов

К доске выходит 3-я группа и через кодоскоп
объясняет решение своей задачи, а учащиеся 1-й и
2-й групп показывают, как они провели эксперимент
и представляют результаты.

Один из учащихся делает вывод и записывает его
на доске: (III. Коэффициент поверхностного
натяжения жидкости зависит от температуры).

Учитель: Ребята, обратите внимание на
карточки с заданиями для самоконтроля.

Задачи для самоконтроля.

1. Какую массу имеет капля воды, вытекающая из
   стеклянной трубки диаметром 10^-3 м, если
   считать, что диаметр шейки капли равен диаметру
   трубки.
2. Вычислите коэффициент поверхностного
   натяжения масла, если при пропускании через
   пипетку 3,6*10^-3 кг масла получено 304 капли.
   Диаметр шейки пипетки 1,2*10^-3м.
3. С помощью пипетки отмерили 152 капли
   минерального масла. Их масса оказалась равной 1,82
   г. определите диаметр шейки пипетки, если
   коэффициент поверхностного натяжения
   минерального масла 3*10^{-2 Н}/м.
4. В спирт опущена трубка. Диаметр её внутреннего
   канала равен 5*10^-4 м. на какую высоту
   поднимется спирт в трубке? Плотность спирта 800 ^КГ/м³.
5. Керосин поднялся по капиллярной трубке на
   высоту 15*10^-3 м. определите радиус трубки,
   если коэффициент поверхностного натяжения
   керосина 24*10 ^Н/м, а его плотность 800 ^КГ/м³.
6. В капиллярной трубке радиусом 0,5*10^-3 м
   жидкость поднялась на 11*10^-3 м. определите
   плотность данной жидкости, если её коэффициент
   поверхностного натяжения 0,022 ^Н/м.
7. Тонкое металлическое кольцо диаметром 15 см
   соприкасается с водой. Какую силу нужно
   приложить к кольцу, чтобы оторвать его от воды?
   Масса кольца 10 г, коэффициент поверхностного
   натяжения воды принять равным 0,07 ^Н/м.
8. Рамка с подвижной перекладиной длиной 10 см
   затянута мыльной плёнкой. Какую работу надо
   совершить против сил поверхностного натяжения,
   чтобы переместить перекладину на 2 см.
9. К проволочке АВ длиной 3 см прикреплена нить, при
   помощи которой можно перемещать проволочку,
   растягивая мыльную плёнку. Каково поверхностное
   натяжение мыльной воды, если при перемещении
   проволочки на 2 см была совершена работа 0,5*10^-4Дж.

Первые три задачи аналогичны только что
решённым.

Дома, каждый из вас выберет одну из
предложенных задач и решит её.

Учитель анализирует результат первых 3-х групп
и выставляет оценки.

Таким образом отчитываются 4,5,6,7 и 8 группы,
формулируют вывод и записывают его на доске. (IV.
Высота подъёма жидкости в капилляре зависит от
его диаметра. Чем больше диаметр, тем меньше
высота подъема жидкости в капилляре).

Учитель: Ребята, в задачах для
самоконтроля подобные задачи с 4 по 6. Дома
выберите одну из представленных задач и решите
её.

Учитель комментирует результат работы групп и
выставляет оценки.

9,10,11 группа отчитываются и формулируют вывод с
записью его на доске. (V. Сила поверхностного h
поверхности жидкости. Чем больше длина свободной
поверхности жидкости, тем больше сила
поверхностного натяжения).

Учитель: Ребята, в заданиях для
самоконтроля задачи с 7 по 9 подобны данным. Дома
необходимо решить одну из этих задач. Таким
образом вам дома необходимо выбрать по вашим
силам 3 задачи на разные свойства поверхностного
слоя жидкости и решить их. Карточки с задачами
для самоконтроля вы берёте домой.

Учитель комментирует результаты работы
последних групп и выставляет оценки.

Учитель: В результате нашей
совместной работы получился опорный сигнал по
свойствам поверхностного слоя жидкости.
Запишите его в тетрадь.

I. Жидкость может смачивать и не смачивать
твёрдое тело.
II. Коэффициент поверхностного натяжения зависит
от рода жидкости.
III. Коэффициент поверхностного натяжения зависит
от температуры .
IV. Высота подъёма жидкости в капилляре зависит от
его диаметра.
V. Сила поверхностного натяжения зависит от длины
свободной поверхности жидкости.

Учитель: А теперь давайте внимательно
посмотрим фильм, который мы смотрели в начале
урока и соотнесём фрагменты с пунктами нашего
опорного сигнала.

Ученики:

Первый и шестой фрагменты – смачивание и не
смачивание жидкости.

Второй, третий и четвёртый – зависимость
высоты подъёма жидкости от диаметра капилляра.

Пятый – зависимость коэффициента
поверхностного натяжения от температуры.

Седьмой – зависимость коэффициента
поверхностного натяжения от рода вещества.

Учитель: Так почему такие разные
явления объединены в один видеоряд?

Ученики: Потому, что во всех этих
явлениях проявляются свойства свободной
поверхности жидкости.

Учитель: Итогом нашего урока является
опорный сигнал, который мы составили из выводов к
вашим заданиям. Все вы ответственно отнеслись к
решению индивидуальных заданий, поэтому у нас
отличный результат коллективного труда.

Благодарю вас за урок!

Расчет
капиллярной трубки сводится к определению
ее длины при принятом диаметре капилляра

для определенного (номинального) режима
работы кондиционера. Для расчета длины
капилляра может быть использован
приближенный полуэмпирические метод,
дающий, несмотря на свою простоту,
удовлетворительные результаты [14].

Длина
капилляра, м,

где
– внутренний диаметр капилляра, мм;– абсолютное давление конденсации, МПа;– абсолютное давление кипения, МПа;– объемная производительность компрессора
по параметрам пара на выходе из испарителя,/с.

1.5 Особенности применения капиллярной трубки для режима теплового насоса.

Большинство
выпускаемых в настоящее время сплит-систем
помимо использования в целях охлаждения
помещений можно использовать и для
обогрева. Другими словами они оснащены
режимом теплового насоса.

Расчет
и оптимизация капиллярной трубки для
функционирования кондиционера в режиме
теплового насоса имеют свою особенность,
которая состоит в том, что требуемое
сопротивление капиллярной трубки для
одного и того же кондиционера для режима
теплового насоса больше, чем для режима
охлаждения. Этому факту есть ряд
объяснений, некоторые из которых
приведены ниже:

–
основным режимом работы кондиционера
является режим охлаждения, поэтому при
проектировании внутренний объем
теплообменника внутреннего блока
(испарителя) как правило меньше внутреннего
объема теплообменника наружного блока
(конденсатора). Но, при работе в режиме
теплового насоса испаритель становится
конденсатором, а конденсатор испарителем
и здесь имеет место отклонение от
расчетных условий работы этих узлов;

–
номинальные расчетные температурные
условия для режима теплового насоса
отличаются от тех же условий для режима
охлаждения.

Все
это приводит к тому, что и весь цикл
теплового насоса отличается от цикла
охлаждения. Основные отличия состоят
в том, что перепад давлений на капиллярной
трубке у теплового насоса больше и, как
правило, давления кипения и конденсации
хладагента в режиме теплового насоса
меньше, чем в режиме охлаждения. Схематично
эти отличия представлены на рисунке
1.6.

Что
же касается капиллярной трубки, то
приходится производить расчет двух
трубок, а затем использовать их для
разных режимов. Технически это выглядит
так: капиллярную трубку для режима
охлаждения изготавливают такой, какой
она получена при расчете, а трубку для
теплового насоса получают путем
комбинации трубки для охлаждения плюс
дополнительная трубка. Суммарное
сопротивление двух трубок должно
обеспечить требуемое сопротивление
трубки для теплового насоса. Чтобы
дополнительная трубка не влияла на
работу кондиционера, ее устанавливают
параллельно с обратным клапаном, который
пропускает поток хладагента только в
одном направлении. Схематично это
изображено на рисунке 1.7.

Рис.
1.6. Режимы охлаждения и теплового насоса.

Рис.
1.7 Подключение капиллярных трубок.

1.6 Цели и задачи исследования.

Анализ
рассмотренного материала по применению
капиллярных трубок позволяет сформулировать
следующие задачи для исследования:

1)
Рассмотренные в литературе различные
способы расчета длины капиллярной
трубки при заданном диаметре, при первом
использовании, дают различные результаты,
значительно отличающиеся друг от друга.
Причем все авторы добавляют, что
окончательно длина трубки определяется
экспериментально. Отсюда основная
задача для исследований – разработать
практическую методику подбора длины
капиллярной трубки для бытовой
сплит-системы, которая бы давала
правильный результат при минимуме
экспериментов.

2)
Откорректировать полученную методику
для применения к режиму теплового
насоса.

3)
Рассмотреть различные пути использования
капиллярной трубки для бытовой
сплит-системы при различных режимах
работы.

4)
Дать практические рекомендации для
инженеров-разработчиков бытовых
сплит-систем, проектирующих капиллярные
трубки.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #