Question

薄膜材料氣密性能的優(yōu)劣常用其透氣系數(shù)來加以評判。對于均勻薄膜材料，在一定溫度下，某種氣體通過薄膜滲透過的氣體分子數(shù)，其中t為滲透持續(xù)時間，S為薄膜的面積，d為薄膜的厚度，為薄膜兩側(cè)氣體的壓強差。k稱為該薄膜材料在該溫度下對該氣體的透氣系數(shù)。透氣系數(shù)愈小，材料的氣密性能愈好。圖為測定薄膜材料對空氣的透氣系數(shù)的一種實驗裝置示意圖。EFGI為滲透室，U形管左管上端與滲透室相通，右管上端封閉；U形管內(nèi)橫截面積A=0.150cm²。實驗中，首先測得薄膜的厚度d=0.66mm，再將薄膜固定于圖中處，從而把滲透室分為上下兩部分，上面部分的容積，下面部分連同U形管左管水面以上部分的總?cè)莘e為V₁，薄膜能夠透氣的面積S=1.00cm²。打開開關(guān)K₁、K₂與大氣相通，大氣的壓強P₁＝1.00atm，此時U形管右管中氣柱長度，。關(guān)閉K₁、K₂后，打開開關(guān)K₃，對滲透室上部分迅速充氣至氣體壓強，關(guān)閉K₃并開始計時。兩小時后，U形管左管中的水面高度下降了。實驗過程中，始終保持溫度為。求該薄膜材料在時對空氣的透氣系數(shù)。（本實驗中由于薄膜兩側(cè)的壓強差在實驗過程中不能保持恒定，在壓強差變化不太大的情況下，可用計時開始時的壓強差和計時結(jié)束時的壓強差的平均值來代替公式中的。普適氣體常量R=8.31Jmol^-1K^-1，1.00atm=1.013×10⁵Pa）。

Answer 1

解：開始時U形管右管中空氣的體積和壓強分別為
V₂=HA ①
p₂=p₁
經(jīng)過2小時，U形管右管中空氣的體積和壓強分別為
 ②
 ③
滲透室下部連同U形管左管水面以上部分氣體的總體積和壓強分別為
 ④
 ⑤
式中ρ為水的密度，g為重力加速度。由理想氣體狀態(tài)方程可知，經(jīng)過2小時，薄膜下部增加的空氣的摩爾數(shù) ⑥
在2個小時內(nèi)，通過薄膜滲透過去的分子數(shù) ⑦，式中N_A為阿伏伽德羅常量
滲透室上部空氣的摩爾數(shù)減少，壓強下降，下降了△p
⑧
經(jīng)過2小時滲透室上部分中空氣的壓強為 ⑨
測試過程的平均壓強差 ⑩
根據(jù)定義，由以上各式和有關(guān)數(shù)據(jù)，可求得該薄膜材料在0℃時對空氣的透氣系數(shù)
 ⑾