Порядок выполнения работы и обработка результатов

1. Порядок проведения эксперимента следующий: краном З отсоединяют сосуд 1 от атмосферы, краном 4 сосуд соединяют с источником сжатого воздуха и накачивают грушей в сосуд. Затем кран 4 перекрывают и измеряют избыточное давление (Р_M1) в сосуде 1, которое должно находиться в интервале от 300-500 мм вод. ст.

2. Подождать 2-3 мин, пока температура в баллоне не уравняет­ся с температурой окружающего воздуха. Определить давление газа в баллоне по формуле h₁=h_л-h_n, где h_л и h_n - высота уровня воды в левой и правой трубках манометра, соответственно. h_л и h_n, мм, определяются по шкале манометра.

3. После этого производят процесс адиабатического расширения воздуха, для этого открывают кран З, при этом давление падает до атмосферного (h₂=0).

4. В момент окончания адиабатического расширения воздуха, что соответствует показаниям U — образного манометра, кран З закрывают. Так в конце адиабатического расширения температура воздуха в сосуде становиться ниже, чем была в начале процесса, т.е. ниже температуры помещения, то после закрытия крана З воздух в сосуде будет нагреваться до температуры окружающей среды вследствие теплообмена с воздухом помещения через стенки сосуда. Давление при этом будет возрастать. В момент установившегося давления в U — образном манометре снимают отсчет (Р_мз). Когда температура в баллоне уравняется с внешней температурой (примерно через 2-3 мин), определить давление паров воздуха в баллоне по формуле h₃=h_л - h_n. Занести результаты в таблицу

№ опыта	Давление, мм вод.ст.				 ср
	h1=hл-hn	h2=0	h3=hл - hn

5. Повторить измерения h₁ и h₃ пять раз, руководствуясь пп. 1-3. Вычислить средние значения давлений h₁ и h₃.

6. По расчетной формуле определить γ отношение молярных теплоемкостей для средних значений давлений h₁ и h₃.

7. Определить теоретическое значение γ.

8. Найти абсолютную и относительную погрешность метода измерений.

Контрольные вопросы и задания

1. Запишите и объясните первое начало термодинамики для изохорного, изобарного, изотермического и адиабатического процессов.

2. Что называют удельной и молярной теплоемкостью?

3. Какая из теплоемкостей С_P или С_V больше и почему?

4. Объясните уравнение Р.Майера.

5. Что называют числом степеней свободы? Как это число связано с С_P, С_V и γ?

6. Как и почему в опыте меняется температура газа в баллоне?

7. Запишите и объясните уравнения изотермы и адиабаты.

8. Нарисуйте на РV-диаграмме последовательно все процессы, происходящие с газом.

9. Получите рабочую формулу для определения отношения моляр­ных теплоемкостей γ.

Лабораторная работа № 4 Измерение удельной теплоты плавления льда

Цель работы

Изучение методики экспериментального определения удельной теплоты плавления льда.

Общие положения

Удельную теплоту плавления льда можно определить следующим способом. Если налить в стакан калориметра теплую воду массой m₁ и температурой t₁ и опустить в нее лед массой m₂ при температуре t₃ = 0°С, то при расплавлении всего льда температура t₂ в калориметре определится следующим уравнением:

m₂ + m₂c(t₂ - t₁) = m₁c(t₁- t₂) + m_kc_k(t₄ - t₂),

где   удельная теплота плавления льда, с – удельная теплоёмкость воды, m_kмасса калориметра, с_k  удельная теплоемкость вещества калориметра, t₄начальная температура калориметра.

Выполнение эксперимента и расчета можно упростить, если про эксперимент таким образом, чтобы начальное t₄ и конечное t₂ значение температуры калориметра были одинаковыми. В этом случае уравнение теплового баланса принимает вид m₂ + m₂c(t₂ – t₃) = m₁c(t₁ – t₂)

С учетом того, что t₂ = 0⁰ C, удельная теплота плавления льда из этого уравнения равна  = (m₁c(t₁ – t₂) – m₂ct₂) / m₂

Проведение эксперимента и обработка результатов

1. Приготовьте некоторое количество льда. Подержите лёд некоторое время при комнатной температуре, чтобы его температура стала 0°С. При этом часть льда должна растаять, а остальной лёд будет плавать в воде.

2. Налейте 150см³ теплой воды в измерительный цилиндр. Температура теплой воды должна превышать комнатную температуру t₂ примерно на 40°С. Измерьте температуру t₁, теплой воды в изме­рительном цилиндре. Вылейте теплую воду во внутренний стакан калориметра.

3. Возьмите небольшой кусок льда, осушите его фильтровальной бумагой и опустите в теплую воду в калориметре. Воду постоянно перемешивайте и следите за показаниями термометра. После полного расплавления первого куска льда положите в воду второй и так да­лее до тех пор, пока температура воды в калориметре не достиг­нет значения t₂, равного температуре воздуха в комнате.

4. Перелейте воду из стакана калориметра в измерительный цилиндр. По увеличению объема V воды найдите массу m₂, растаяв­шего льда.

5. Вычислите удельную теплоту плавления льда. Результат из­мерений и вычислений занесите в отчетную таблицу. Оцените грани­цы погрешностей измерений.

Контрольные вопросы

1. Почему при выполнении расчетов в данной работе не учи­тывалась теплоемкость калориметра?

2. В каком случае погрешность измерений в данной работе бу­дет меньше, при быстром выполнении всех операций или при медлен­ном? Почему?