ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Рис. 8.1.

Экспериментальная установка состоит из стеклянного сосуда I, объем которого может быть изменен с помощью рукоятки 4 за счет изменения объема V^’; который занимает гофрированная резиновая трубка 2. Давление в сосуде измеряется с помощью манометра 3. Dh – разность давления в сосуде с атмосферным Р₀.

Рис. 8.2.

Если от какого – то состояния I (см. рис.8.2.), при котором температура газа в сосуде равна температуре окружающего воздуха Т₁ (3-5 минут давления в сосуде не изменилось), увеличить (или уменьшить объем газа V, то давление, которое было Р₁=Р₀+Dh₁ станет Р₂=Р₀+Dh₂. Если изменение объема происходит достаточно быстро (за 1-2 с.), то теплообмен между газом в сосуде и окружающей средой не успевает произойти и расширение (сжатие) происходит адиабатически, т.е. параметры газа в I и II состояниях связаны уравнением Пуассона:

Р₁V₁^g = Р₂V₂^g

или (8.10.)

Вследствии теплообмена с окружающей средой температура газа с сосуде ставшая Т₁, а давление станет Р₃.

Параметры газа в состояниях с одинаковыми температуры связаны уравнением Бойля – Мариотта (см. рис. 8.2.) кривая III и II – изотерма).

т.е.

Возведя обе части в степень g получим

(8.11.)

Из (8.10.) и (8.11.) получаем

Логарифмируя и решая относительно g получим

Учитывая, что Р₁, Р₂ и Р₃ мало отличаются друг от друга, можно записать

Или, учитывая, что

можем записать

Таким образом, измеряя Dh₁, Dh₂ и Dh₃ – разность уровней воды в манометре, соответствующие начальному состоянию - Dh₁, быстрому расширению - Dh₂ (сжатию) и спустя 3-5 минут после расширения - Dh₃ (сжатия), можно рассчитать значение g.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Продумайте и составьте для записи результатов измерений таблицу: Dh_1, Dh_2, Dh₃, g, g_{ср, ,} Dg.

2. При некотором начальном положении рукоятки гофрированного сосуда отсчитайте значение Dh₁. Если давление в сосуде больше атмосферного, то значение Dh₁>0, если меньше, то Dh₁ отрицательно.

3. Произведите расширение или сжатие газа путем поднятия или опускания рукоятки 4. Сразу же после этого производят отсчет Dh₂.

4. После выравнивания температуры газа в сосуде с комнатной (Dh перестает изменяться), отсчитайте значение -Dh₃.

5. Опыт повторите 3-5 раз.

6. По полученным значениям Dh определите g .

7. Рассчитайте погрешность Dg,

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

1. Исследуйте влияние времени выдержки после адиабатического расширения на получаемый результат.

2. Определите минимально необходимое время выдержки и проанализируйте полученный результат.

3. Выскажите соображения по улучшению конструкции экспериментальной установки.

4. Дан замкнутый процесс

Постройте его в диаграммах V-T и P-T
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое молярная и удельная теплоемкости газа? В каких единицах они измеряются?

2. Как выражается теплоемкость газа при постоянном объеме и при постоянном давлении?

3. Что такое число степеней свободы? Как оно связано с g ?

4. Зная из опыта g, рассчитайте число степеней свободы молекул воздуха.

5. Пользуясь уравнением состояния газа и первым началом термодинамик, выведите уравнение Роберта Майера С_р=С_v+R.

6. Каков физический смысл универсальной газовой постоянной?

7. Может ли быть теплоемкость газа бесконечно большой? Равной 0?

8. Что такое адиабатический процесс? Выведите уравнение Пуассона.

9. Назовите изопроцессы.

10. Запишите уравнение изопроцессов.

11. Постройте в различных диаграммах уравнения изопроцессов (Р-V, V-T, P-T).

Приложение к лабораторной работе №8

Экспериментальная установка

Рис.8.3.

Описание эксперимента

1. При помощи насоса С в стеклянный баллон В (кран открыт – положение вертикально) накачивают воздух. Давление и температура воздуха внутри баллона повышается. Нагнетание воздуха осуществляется до давления в водяном манометре А до уровня 20-30 см. Кран Д закрывают (положение горизонтальное). Через некоторое время (30-60 секунд) вследствие теплообмена температура в баллоне понизится до температуры окружающей среды. В этот момент определяют давление по манометру А (h₁).

2. Кран Д открывают (вынимают его из трубки). В этот момент происходит адиабатическое расширение воздуха в баллоне В. Давление воздуха понижается и становится равным атмосферному. Уровни жидкости в манометре сравнивают.

3. Кран Д вставляют в трубку в горизонтальном положении. Так как произошло адиабатическое расширение воздух, то температура в баллоне понизилась. После закрытия крана Д происходит теплообмен воздуха в баллоне и в окружающей среде. Температура воздуха в баллоне повышается, при этом повышается его давление. Уровни жидкости в манометре расходятся и через 2-3 минуты достигают максимума, определяют разность уровней, т.е. давление (h₂).

Коэффициент g определяют из соотношения

Опыт повторяют пять раз. Результаты заносят в таблицу.

№ п/п	h1	h2	g	gср	Dg	Dgср		gт

i – число степеней свободы воздуха.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9