ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО РЫБОЛОВСТВУ

АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра физики

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКЕ И ТЕРМОДИНАМИКЕ

Астрахань

2003

Учебно-методические указания для лабораторных работ предназначены для студентов всех специальностей инженерно-технического профиля высших учебных заведений; содержит краткий теоретический материал, описание лабораторных работ, методические рекомендации для студентов по их выполнению, список литературы. - Астрахань, 2003. - с.

Составители:

Доцент кафедры физики АГТУ Федоров Г.Ф.

Доцент кафедры физики АГТУ Евдашкин В.И.

Старший преподаватель кафедры физики АГТУ Скрипко Л.П.

Рецензенты:

Доктор технических наук, зав. кафедрой физики АГТУ Селиванов Н.В.

Доцент кафедры физики АГТУ Корнильев И.Н.

Утверждено на заседании кафедры физики АГТУ: Протокол № 8 от 18.04.2003 г.

Астраханский государственный технический университет

Введение

Методические рекомендации для лабораторных работ по молекулярной физике и термодинамике предназначены для студентов Астраханского государственного технического университета. Их содержанием являются описания 6 лабораторных работ, методические рекомендации для студентов по их выполнению, список литературы.

Методика проведения занятий по молекулярной физике и термодинамике предусматривает выполнение работы за одну пару. Деятельность студента на занятии, состоит из следующих действий: 1)допуск к занятию; 2)выполнение работы; 3)осуществление вычислений; получение результата; 4)оформление письменного отчета.

Допуск к выполнению работы заключается в выяснении знаний студентами теоретического материала, понимания цели работы, знания экспериментальной установки. Подготовка студента к занятию состоит в том, что он внимательно читает все, что написано относительно данной работы в настоящем руководстве. После этого необходимо обратится к литературе, указанной в рекомендациях, чтобы подробнее ознакомится с теорией изучаемого явления и ответить на контрольные вопросы к работе. Затем надо ознакомится с приборами, установкой, употребляемыми в данной работе.

Для получения зачета студенту необходимо иметь письменный отчет о работе, который оформляется в лабораторной тетради. Письменный отчет должен содержать: название работы, перечень приборов и принадлежностей, теоретическое введение, описание установки и метода измерений, выполнение работы (начертить таблицы вычислений и измерений, заполнить их, провести вычисления искомой физической величины, посчитать погрешности, записать окончательный результат).

Основное назначение лабораторных работ по молекулярной физике - способствовать формированию у студентов глубоких и прочных знаний, развитию мышления, познавательной самостоятельности, интеллектуальных и практических умений и навыков, в том числе умений выполнять простые наблюдения, измерения и опыты, обращаться с приборами, анализировать результаты эксперимента, делать обобщения и выводы.

В пособие включены следующие виды заданий: 1) наблюдение и изучение физических явлений; 2) наблюдение и изучение свойств веществ; 3) измерения физических величин; 4) исследования зависимостей между физическими величинами; 5) изучение физических законов; 6) экспериментальные задачи.

Уровень трудности лабораторных работ соответствует требованиям действующей программы.

Лабораторная работа №1

Определение отношения теплоёмкостей газа методом адиабатического расширения

Цель работы: Определение коэффициента Пуассона для воздуха

Приборы и принадлежности: Стеклянный баллон, соединённый с манометром, компрессор

Краткая теория

Одним из основных теплофизических свойств тел, используемых в термодинамике, является теплоемкость.

Теплоемкостью тела называется физическая величина, численно равная тепловой энергии (теплоте) dQ , подведенной к телу при изменении его температуры на 1К в термодинамическом процессе:

С^_х = , Дж/К

Теплоемкость тела зависит от химического состава, массы тела и его термодинамического состояния, а также от вида термодинамического процесса изменения этого состояния. Теплоемкость тела является экстенсивным свойством вещества, т.к. зависит от количества вещества в теле. Поэтому вместо теплоемкости используют понятия удельной теплоемкости.

Различают:

• удельную массовую теплоемкость с_х – это теплоемкость единицы массы вещества

с_х = dC^_x/dm, Дж/(кгК);

• удельную объемную теплоемкость с_х - теплоемкость единицы объема:

с_х = dC^_x /dV = c_x, Дж/(м³К);

• а также молярную теплоемкость С_мх – это теплоемкость одного моля вещества:

С_х = Mc_x , Дж/(мольК).

Как было указано выше, удельная теплоемкость зависит не только от строения вещества, но и от вида термодинамического процесса. Наиболее часто на практике используются теплоемкости изобарного (х = P = сonst) и изохорного (х = V = const) процессов. Эти теплоемкости называются изобарной с_р и изохорной с_v.

Первый закон термодинамики в дифференциальной форме

, (1)

где dQ=mc_xdT – элементарное количество теплоты, подводимой к термодинамической системе, затрачивается на увеличение её внутренней энергии dU и на элементарную работу dA = рdV, совершаемую системой против внешних сил.

Теплота, внутренняя энергия и работа, приходящиеся на единицу массы вещества называются удельными, и обозначаются соответственно q, u и l, Дж/кг.

Рассмотрим два термодинамических процесса для m кг вещества:

1. Однородное вещество нагревается при постоянном объёме (V = const). В этом случае dV = 0 и работа dA = PdV = 0, следовательно, вся теплота dQ, подведенная к веществу, идёт на увеличение его внутренней энергии dU:

md′q = mc_vdT = mdu. (2)