Порядок выполнения работы

1. Проверьте правильность соединения шлангов и горизонтальность основания манометра по закреплённому там круглому уровню. При открытом отверстии О вращением головки регулировочного винта В (см. рис. 2) установите спиртовой столбик в измерительной трубке на ноль.

2. Для проверки герметичности установки увлажните боковую поверхность пробки П и вращательно притирающими движениями закройте ею отверстие О. Насосом накачайте воздух в баллон до давления = 15 – 25 см спиртового столба (по манометру) и перекройте кран К. Проследите, как меняется с течением времени t избыточное давление L в баллоне. Можно построить график зависимости величины L от t и по нему определить время t_T необходимое для установления теплового равновесия. Оно не должно превышать двух минут. Если по их истечении давление в баллоне будет понижаться, следует найти и устранить течь.

3. Убедившись в том, что установка достаточно герметична, запишите установившееся в баллоне избыточное давление L₁. Затем на короткое время выдерните пробку П и, как только спиртовой столбик упадет до нуля, сразу закройте отверстие O. Выждав время , спишите с манометра избыточное давление L₂.

4. Повторите описанный выше опыт 5 – 10 раз. Для каждой пары значений , по формуле (6) найдите величину γ. Рассчитайте среднее значение показателя адиабаты γ и его случайную ошибку δγ.

5. Снимите временную зависимость величины L в изохорическом процессе 3→4. Для повышения точности измерений рекомендуется произвести накачку воздуха 0→1 при вертикальной стойке манометра, а после его выпуска из баллона (состояние 3) сразу придать стойке минимальный наклон 0.25. Очевидно, что длину спиртового столбика L в данном эксперименте следует отсчитывать от нулевого уровня, выставленного для этого (наклонного) положения стойки. Обратите внимание на возможность проведения измерений с равными шагами по времени или с равными шагами по шкале манометра. Обоснуйте свой выбор варианта измерений.

6. Представьте результаты проведенного эксперимента на графике в переменных и t. Определите по нему согласно формуле (11) характерное время процесса τ и рассчитайте коэффициент теплоотдачи α. Найдите по графику время запаздывания .

Дополнительные задания

1. Используя формулы (5), рассчитайте падение температуры   в баллоне, происходящее при выпуске газа (процесс 2→3).

2. Оцените, насколько в ваших опытах повышалась температура в баллоне при накачке в него воздуха (процесс 0→1)?

3. Оцените погрешность, связанную с применением в работе приближенной формулы (2) вместо точной (6).

4. Рассчитайте теплоемкость стеклянного баллона . Убедитесь в выполнении неравенства: .

5. Получите формулу (8) методом анализа размерностей. Попробуйте вывести ее грубо из уравнения баланса тепловой энергии.

6. Выведите формулы (10) и (11).

7. Рассчитайте по формуле (8) величину . Соотнесите её с найденным из опыта временем термической релаксации. Оцените эффективность конвективного теплопереноса по сравнению с молекулярным.

8. Найдите погрешность величин и γ, вызванную временной задержкой закрытия отверстия О в состоянии 3 (рис. 1).

9. Используя выражение (12), найдите среднюю по сечению отверстия скорость газа в начальный момент процесса 2→3.

10. Рассчитайте по формуле (13) характерное время t_P сброса давления в баллоне. Соотнесите его с величиной .