Описание экспериментальной установки
Л
абораторная
работа выполняется на установке
настольного типа ФПТ1-12, изготовленной
в НПП «Учебная техника», г. Ровно.
Фотография установки показана на рисунке
4.1.
Установка состоит из следующих элементов.
Измерительный блок. В его состав входят:
компрессор, выкачивающий воздух из стеклянной колбы, которая соединена с компрессором гибкой трубкой,
вакуумметр, показывающий разность p' между давлением воздуха в колбе и атмосферным давлением,
термометр, показывающий температуру атмосферного воздуха T.
Стеклянная колба, содержащая исследуемый газ. В данной работе газ – это атмосферный воздух.
Электронные цифровые весы для измерения массы колбы с воздухом m'.
Порядок выполнения работы
Включите в сеть шнуры питания электронных весов и измерительного блока.
Включите тумблером «СЕТЬ» измерительный блок. При этом должна загореться индикаторная лампочка.
Посмотрите на приборы измерительного блока. Стрелка вакуумметра должна стоять на отметке 0. Если это не так, обратитесь к преподавателю или лаборанту.
Запишите в таблицу 5.1 температуру воздуха, показания весов m' и вакуумметра p'.
Включите компрессор кнопкой «ПУСК» и несколько секунд не отпускайте эту кнопку. Когда стрелка вакуумметра передвинется на 2-4 малых деления, отпустите кнопку «ПУСК», подождите примерно 5 секунд и запишите в таблицу 5.1 показания весов m' и вакуумметра p'. При записи показаний вакуумметра знак «минус» не учитывайте3.
Повторите пункт 5.5 ещё 5 раз.
Таблица 5.1. Зависимость показаний вакуумметра p' от массы колбы с воздухом m'
Номер опыта |
m' |
p' |
(m') |
(p') |
Примечания |
г |
бар |
г |
бар |
||
1 |
|
|
|
|
V = 1,0 л,
T = |
2 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
,Выключить тумблером «СЕТЬ» измерительный блок. При этом индикаторная лампочка должна погаснуть.
На основании данных таблицы 5.1 постройте график экспериментальной зависимости p'(m').
Выделите для графика не менее половины страницы.
Выберите подходящий масштаб, имея в виду, что по горизонтальной оси (оси абсцисс) надо откладывать значения m', а по вертикальной оси (оси ординат) – значения p'.
Нанесите на график экспериментальные точки в виде не закрашенных кружочков диаметром примерно 2 мм.
Нанесите на график планки погрешностей. Это значит, что надо от каждой экспериментальной точки отложить влево и вправо отрезок длиной (m'), а затем отложить вверх и вниз отрезок длиной (p'). Как оценить погрешности (m') и (p'), написано в пункте 6.
Проведите по линейке экспериментальную прямую – так, чтобы она пересекла планки погрешностей всех экспериментальных точек и при этом прошла наиболее близко ко всем точкам. Образец показан на рисунке 5.1.
Если
вам удалось провести прямую линию на
графике, измерьте её угловой коэффициент
k.
Для
этого выберите на экспериментальной
прямой две произвольные точки 1 и 2,
отметьте их и определите их координаты
.
После этого угловой коэффициент можно
определить по формуле
. (5.1)
Например, на рисунке 5.1 выбрана точка 1 с координатами (100,48 г; 0,6 бар). Точка 2 выбрана на оси абсцисс, но не показана, так как она находится совсем рядом с экспериментальной точкой. Координаты точки 2: (101,21 г; 0 бар). При этом получается:
.
Графики
можно строить, используя современные
компьютерные программы. Например, график
на рисунке 5.1 построен с помощью EXCEL.
Программа сама провела по точкам
экспериментальную линию (линию тренда)
и выдала её уравнение: y = –0,8321x
+ 84,21. Из этого уравнения видно, что
.
Данное значение углового коэффициента
точнее, чем вышеуказанное число
.
Определите, используя формулу (3.5), экспериментальное значение универсальной газовой постоянной R и оцените погрешность измерения (R). О том, как оценивать погрешности измерений в данной лабораторной работе, написано в пункте 6.
Запишите результат измерения универсальной газовой постоянной в виде:
.
Сформулируйте выводы.