108年:呼治儀器(2)
根據Poiseulle's Law,當氣體流過管路時,壓力的改變和下列那些參數成正比? ①管子的長度②管子的半徑③黏滯度(viscosity)
A僅①
B僅①③
C僅②③
D①②③
詳細解析
本題觀念
這題考 Poiseuille 定律在層流管路中的壓力損失關係。先把流量固定,再看壓差受到哪些因素影響,才不會把「半徑影響很大」誤讀成「半徑與壓差成正比」。對半徑為 r、管長為 L、氣體黏滯度為 η 的管路,流量公式為 Q = πΔP r⁴/(8ηL);移項後,固定 Q 時 ΔP = 8ηLQ/(πr⁴),所以壓差與 L、η 成正比,與 r⁴ 成反比。
選項分析
- A 僅①:錯誤。 管路越長,氣體與管壁接觸的範圍越大,摩擦損失增加,因此固定流量下需要較大的壓差;但黏滯度也在公式的正比位置,不能只選管長。①正確、③也正確,所以 A 不完整。
- B 僅①③:正確。 固定流量、管徑與其他條件時,壓差和管長 L 成正比;氣體越黏,流動阻力越大,壓差也越大。黏滯度 η 同樣位於 ΔP 的分子,因此 ①與③都屬正比參數。
- C 僅②③:錯誤。 半徑不是正比,而是四次方反比。半徑變成原來的二分之一,若要維持相同流量,理論壓差會增加 2⁴,也就是 16 倍;這正好說明半徑很有影響,但方向仍是反比。選項也漏掉正確的①。
- D ①②③:錯誤。 ①與③確實是正比項,②卻是 r⁴ 的反比項,因此不能把三個參數都列為正比。
答案解析
由 Q = πΔP r⁴/(8ηL) 移項可得 ΔP = 8ηLQ/(πr⁴)。在題目所問的固
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