Порядок выполнения работы
Закрыть
кран и накачать воздух в баллон
(процесс1-2) так, чтобы величина
,
показываемая манометром, составляла
20-25 см водного столба. Выждать не менее
2 минут, пока температуры воздуха в
баллоне и окружающем пространстве не
станут одинаковыми (процесс 2-3). Измерить
установившееся значение величины
.
Повернув кран, соединить баллон с
атмосферой и одновременно включить
секундомер. Спустя t=
55 секунд снова закрыть кран баллона
(точка 6). Через некоторое время (не менее
2 минут), необходимое для выравнивания
температуры газа в баллоне и окружающей
среде (процесс 6-7), снова записать
показание манометра
.
Аналогично провести измерения для
времени выдержки t=50,
40, 30, 20,15, 10 и 5 секунд. Для каждого времени
выдержки опыт повторить 2 раза.
Обработка результатов
И
спользуя
полученные данные, необходимо построить
график зависимости
от t
и экстраполировать его до пересечения
с осью ординат (рис.3). Величина отрезка
«b»,
отсекаемая на отрезке ординат позволяет
найти величину
по формуле (2-6.11).
В
данной работе зависимость
от t
и оценка величины
статистически обрабатывается с помощью
метода наименьших квадратов, который
описан в приложении (возможно выполнение
этой части программы в дисплейном
классе на готовой программе).
Контрольные вопросы и задания
Что называется теплоемкостью газа?
Какова размерность этой физической величины?
Что понимается под удельной и малярной теплоемкостями газа?
Как они связаны между собой? Какова связь между
и
и
числом степеней свободы молекул газа?Получите уравнение Роберт Майера. Сколько степеней свободы имеют молекулы газов Нe,Н2, СО2?
Какие это степени свободы? В каком газе показатель адиабаты
имеет наибольшее значение – N2,
Нe,
СН4?
Почему в данном эксперименте целесообразно использовать сосуд возможно большего диаметра?
Получите уравнение адиабаты в перемененных PT и TV. Какие явления нарушают адиабатичность расширения газа?
Как повлияет на ход эксперимента наличие паров воды в воздухе?
Список рекомендуемой литературы
Матвеев А.Н. Молекулярная физика. М.: Высш. шк., 1988.
Булкин П.С., Попова И.И. Общий физический практикум. М.: МГУ, 1988.
Основы физики. Курс общей физики. Т.2. Квантовая и статистическая физика / Под. ред. Ю.М. Ципенюка.М.: Физ.-мат. лит., 2001.
Лабораторная работа № 2-7
Теплоемкость твердых тел
Цель работы:ознакомиться с классической и квантовой теорией теплоемкости Эйнштейна и Дебая.
Задача работы: методом охлаждения получить графики зависимости теплоемкости алюминиевого и стального образцов от температуры.
Теория
Теплоемкостью тела С называется отношение бесконечно малого изменения внутренней энергии этого телаdU к изменению его температурыdT:
С
=
|
(2-7.1) |
.Внутренняя энергия совпадает с энергией покоя тела (системы) и включает в себя энергию всех внутренних движений в теле и энергию взаимодействия всех частиц, составляющих это тело, включая молекулы, атомы и ионы, электроны, а также нуклоны в ядрах. Заметим сразу, что потенциальные энергии электронных оболочек атомов и ионов, потенциальные и кинетические энергии нуклонов не играют существенной роли при обычных не очень высоких температурах, когда не идут процессы ионизации и возбуждения соответствующих частиц.
Различают удельную теплоемкость – теплоемкость единицы массы вещества (одного килограмма, грамма), молярную теплоемкость – теплоемкость одного моля вещества. Единицы измерения удельной теплоемкости – Дж/кг·К (внесистемная – кал/кг·К), молярной теплоемкости – Дж/моль·К (кал/моль·К).
Различают теплоемкость при постоянном давлении Ср и теплоемкость при постоянном объеме Сv. Для таких систем, как твердое тело и жидкость (в отличие от газа), изменение объема при нагревании относительно невелико и разность Ср–Сv для одноатомных твердых веществ при 100 оС составляет десятые, сотые и даже тысячные доли газовой постоянной R. Поэтому зависимостью теплоемкости от изменения объема при нагревании твердого тела обычно пренебрегают и говорят просто об удельной теплоемкости твердого тела Сv, связывая ее с изменением внутренней энергии единицы массы твердого тела при нагревании на один градус.