ОПИСАНИЕ МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ И УСТАНОВКИ

Метод работы основывается на измерении парциального давления быстро испаряющегося вещества, вводимого в сосуд известного объема.

Парциальное давление измеряют манометром по разности высоты жидкости в коленах манометра.

(9.10.)

Здесь h – разность высот столбов жидкости в коленах манометра,

r - плотность жидкости в манометрической трубке,

g – ускорение свободного падения.

С другой стороны, парциальное давление испарившегося вещества можно выразить через массу введенного вещества, его плотность, используя уравнение Менделеева – Клапейрона (9.3.) и основное уравнение кинетической теории газов в виде

(9.11.)

Решая уравнения относительно постоянной Больцмана, окончательно получим:

(9.12.)

Где: r - плотность воды =10³ кг/м³

r_э – плотность жидкого эфира,

m - молярная масса эфира (С₂Н₅ОС₂Н₅)

V_э – объем жидкого эфира, определяется с помощью градуированного медицинского шприца.

В работе используется стеклянный баллон I, соединенный с манометром 4 (см. рис. 9.1.)

Рис. 9.1.

С помощью шприца 3 в баллон 1 вводится жидкий этиловый эфир С₂Н₅ОС₂Н₅ («эфир для наркоза»). Эфир быстро испаряется, а так как для опыта берется его небольшая масса, то в сосуде образуется газообразный эфир.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Введите в баллон с помощью медицинского шприца 1-1,5 см³ жидкого эфира.

2. Измерьте разность высот воды в коленах манометра после испарения эфира.

3. Измерьте температуру в комнате с помощью комнатного термометра (температура газа в баллоне равна температуре воздуха в комнате.

4. Данные занесите в таблицу 9.1.

Таблица 9.1.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯНОЙ БОЛЬЦМАНА

5. По уравнению (9.12.) рассчитайте постоянную Больцмана, погрешность ее измерения.

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

1. Произвести измерения с другим легко испаряющимся веществом (спиртом, бензином). Сравнить полученные результаты.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Какие газы называются идеальными?

2. Сформулируйте основные законы идеальных газов.

3. Каким соотношением универсальная газовая постоянная связана с постоянной Больцмана и числом Авогадро?

4. Поясните физический смысл универсальной газовой постоянной и постоянной Больцмана.

5. Выведите расчетную формулу (9.10.)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОЙ ГАЗОВОЙ ПОСТОЯННОЙ

МЕТОДОМ ОТКАЧКИ

Цель работы:определить универсальную газовую постоянную.

Приборы и принадлежности:насос Комовского, манометр, стеклянная колба, весы, разновес.

ВВЕДЕНИЕ

Универсальную газовую постоянную можно определить из уравнения Менделеева – Клапейрона :

(10.1.)

здесь Р – давление, m-масса газа, m - масса одного моля этого газа, Т- абсолютная температура газа, V – объем.

Все параметры, входящие в уравнение (10.1.), можно измерить непосредственно, за исключением массы газа, так как взвешивание газа возможно только вместе с сосудом, в который он заключен. Поэтому для определения R из уравнения (10.1.) необходимо исключить массу сосуда. Рассмотрев уравнение состояния для двух масс m₁ и m₂ одного и того же газа при неизменных температуре Т и объеме V, получим уравнение для определения R:

(10.2.)

Следовательно, если определить давление Р₁ и температуру Т для некоторой массы m₁, заключенной в сосуде объемом V, а затем изменить массу газа в том же сосуде до величины m₂ (например, путем откачки) и вновь определить давление Р₂ при той же температуре Т, то по формуле (10.2.) легко рассчитать универсальную газовую постоянную.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Установка состоит из стеклянной колбы –1 с зажимом – 2, манометра –3, насоса Комовского –4, соединенных между собой резиновыми трубками –5 (рис. 10.1.)

Рис.10.1.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Определите на весах массу m₁ колбы –1 вместе с зажимом 2 при атмосферном давлении Р₁.

2.Присоедините колбу к манометру 3.

3.Откройте краны 6 и 7 манометра.

4.При помощи насоса 4 откачайте воздух из колбы 1 до давления Р₂.

5.Закройте кран 7, измерьте давление Р₂, и зажимом 2 перекройте воздух в колбе.

6.Отсоедините колбу от манометра и взвесьте ее, определив массу m₂.

7.Проведите опыт 3 раза при различных значениях остаточного давления Р₂.

8.Результаты опытов занесите в таблицу 10.1. (Температуру окружающего воздуха определить по термометру, давление - по барометру, находящимся в лаборатории. Объем колбы V=1,1×10^-3 м³).

Таблица 10.1.