Проведение эксперимента и обработка результатов

После ознакомления с опытной установкой необходимо заготовить форму журнала наблюдений, записать температуру и давление окружающей среды, измеренное по барометру, а затем приступить к проведению измерений. При этом необходимо иметь в виду, что плотность системы следует считать удовлетворительной только в том случае, когда нет заметного изменения вакуума или избыточного давления в сосуде 5 при закрытых кранах 3, 4, 6 и скорость изменения давления не превышает 3-5 мм вод. ст. в минуту.

Результаты измерений заносим в таблицы 1.1 и 1.2

Таблица 1.1

Дата испытания	Барометрическое давление Рб,Па	Температура окружающего воздуха tB,°C

Таблица 1.2

№ измерения	Показания Uобразного манометра, мм вод. ст.
	Измерение разряжения			Измерение избыточного давления
	Левое колено	Правое колено	h вид	Левое колено	Правое колено	h вид

Обработка результатов опыта включает определение значений абсолютных давлений в сосуде 5 при различных заполнениях его водой и перевод этих значений во все, встречающиеся в практике единицы измерения давления.

Результаты расчетов сводятся в таблицу

№ изме­рения	мм.вод.ст	Па	мм.рт.ст.	бар	1 атм. (физ)	1 атм. (техн)

Контрольные вопросы

1. Какое влияние на показания барометра оказывает температура окружающей среды (при постоянном давлении)?

2. Является ли избыточное давление и давление разряжения параметрами состояния?

3. Какая связь между единицами измерения давления?

Лабораторная работа № 3

Определение отношения теплоемкостей газа методом Клемана и Дезорма

Цель работы

Определить экспериментально отношение молярных теплоемкостей газа при постоянном давлении и постоянном объеме и сравнить с теоретическим значением данного отношения, найденным из молекулярно-кинетической теории.

Теоретическое введение и описание лабораторной установки

В стеклянном сосуде 1 (рис.3.1) находится воздух под давлением Р_А. Заполнение сосуда воздухом производят через трубку от источника сжатого воздуха, в качестве которого используется груша. С помощью кранов З и 4 сосуд попеременно заполняют либо с атмосферой, либо с источником сжатого воздуха, либо U-образным водяным манометром. Атмосферное давление определяется по барометру. Избыточное давление в сосуде замеряют U-образным водяным манометром 2 (ни масса, ни объем газа не меняются).

Рис.3.1.Схема экспериментальной установки:

1- стеклянный сосуд; 2 – U образный манометр; 3,4 – краны; 5 – насос.

Переход из первого, состояния во второе (адиабатический про­цесс) описывается уравнением Пуассона:

где  показатель адиабаты.

Сравнивая конечное, третье состояние газа с первым, ви­дим, что температура газа в этих состояниях одинакова, следователь­но, к этому переходу применим закон Бойля-Мариотта

P₁V₁=P₂V₂.

Решая систему двух уравнений Пуассона и БойляМариотта, можно определить γ. Для этого возведем второе уравнение в степень γ разделим его на первое уравнение:

Так как V2=V3, то или Логарифмируя последнее выражение, получим . Обозначим разность уровней жидкости в манометре в первом состоя­нии h₁, а в третьем состоянии - h₃. Тогда P₁=P₀+h₁, P₃=P₀+h₃, (P₂=P₀) и .

В данном случае h₁ и h₃ намного меньше Р₀, поэтому отноше­ние разности логарифмов можно заменить отношением разности чисел, т.е. Это дает расчетную формулу для нашего опыта .

В молекулярно-кинетической теории молярные теплоемкости газа С_p и С_v определяются через число степеней свобода молекулы i и универсальную газовую постоянную R: Найдем их отношение .

В данном случае воздух не очищается от влаги и содержит боль­шое количество паров воды, поэтому число степеней свободы будет соответствовать трехатомным молекулам, т.е. i = 6.