Для исследования изотермического процесса

При расширении воздуха в бюретке объем капилляра уменьшается и равен

.

Алгоритм исследования изотермического процесса расширения:

– соединяем правое и левое колена мановакуумметра и бюретку с атмосферой при помощи трехходового крана КТ (рис. 6.1). При этом уровни воды в коленах мановакуумметра выравниваются;

– при помощи напорного сосуда 3 устанавливаем минимальный объем воздуха в бюретке (например, V_{б,0,расш.} = 56 см³);

– отсекаем выбранный объём воздуха от окружающей среды, поворачивая трехходовой кран на 180 °;

– опускаем постепенно (ступенчато) напорный сосуд, делая 4-5 остановок и записывая при этом показания правого и левого колен мановакуумметра и соответствующие значения объема бюретки в таблицу 6.1.

Таблица 6.1

Результаты измерений

Номер опыта	Показания мановакуумметра, мм вод. ст.		Объём воздуха в бюретке, Vбюр, см3	Дополнительный объём, Vдоп, см3	Примечание
	левое колено hлев .	правое колено hправ.

Массу воздуха, находящегося в бюретке, рассчитываем из уравнения состояния Клапейрона для М кг идеального газа

p₀V_0,расш = M_расшRT₀,

где V_0,расш. = (V_{б, 0,расш.}+13)·10^–6 − объем воздуха в начале процесса, м³;

р₀ = р_атм − начальное (атмосферное) давление воздуха, Па;

Т₀ − температура воздуха в помещении во время опыта, К.

R = 287,1 кДж/(кг·К) − удельная газовая постоянная воздуха.

Тогда

.

(6.2)

Удельный объем воздуха (в м³/кг) в начале изотермического расширения можно рассчитать из уравнения состояния для 1 кг идеального газа

p₀v₀ = RT₀ .

либо

Давление воздуха во всех последующих точках процесса расширения рассчитываем по формуле

(6.3)

где р₀ = р_атм – атмосферное давление во время опыта, мм. рт. ст.

Для перевода р_і в Па необходимо значения, рассчитанные по формуле (6.3), делить на 750 мм. рт. ст. и умножать на 10⁵.

Объем воздуха (в см³) во всех исследуемых точках процесса расширения рассчитываем с учётом фактических объёмов бюретки и капилляра

V_i = V_{б, i}+V_{кап, i},

где .

Здесь d и h подставляются в см.

_{Проверяем точность выполненных измерений и расчетов, сопоставляя значения pivi и p0v}0

(6.4)

Если отклонение какого-либо произведения p_iv_i от p₀v₀ превышает 3%, то надо повторить измерения и расчеты для данной точки.

Алгоритм исследования изотермического процесса сжатия аналогичен рассмотренному выше процессу расширения. Отличие состоит в том, что первоначально при помощи напорного сосуда 2 устанавливаем максимальный объем воздуха в бюретке (например, 94 см³).

Масса воздуха при исследовании процесса сжатия М_сж будет другой, но определяется по той же формуле (6.2).

Значения давления (в мм. рт. ст) в промежуточных точках процесса сжатия рассчитываем из соотношения

.

Значения объема воздуха в соответствующих точках процесса сжатия рассчитываем по формуле

V_i = V_{б, i}+V_{кап, i} ,

где

Проверку точности выполненных измерений и расчетов во всех промежуточных точках процесса сжатия выполняем по формуле (6.4).

После выполнения расчетов для всех точек изотермы сжатия и расширения необходимо построить их совместно в координатах p_,v. При этом надо выбрать максимально возможные масштабы по p и v в пределах листа формата А4 миллиметровой бумаги (в крайнем случае в пределах тетрадного листа в клетку). В каждой экспериментальной точке откладываем абсолютные отклонения по p и v. Для этого первоначально рассчитываем соответствующие относительные отклонения δp_i и δv_i из соотношения

то есть относительные погрешности измерений по p и v принимаются равными, а их знак определяется знаком погрешности δ(pv). Отложив в каждой точке абсолютные отклонения Δp_i и Δv_i с учётом их знака, проводим плавную усредняющую кривую в пределах образовавшегося коридора.

При изучении конструкции и принципа действия установки следует уяснить роль и назначение термостатирующего сосуда. Желательно установить, какой термодинамический процесс будет протекать в бюретке, если выпустить воду из термостатирующего цилиндра и создать в нём вакуум.

Естественно, при выполнении лабораторной работы надо знать, в каких единицах измеряются давление, объем и температура, в каких единицах они подставляются в термодинамические соотношения и как соотносятся между собой различные единицы измерения одного и того же параметра состояния рабочего тела.