Литература
Савельев И. В. Курс общей физики, т. 1. М.: Наука, 1989. с.104–108.
Трофимова Т. И. Курс физики. М.: Высшая школа, 2002, с.36–38.
Бондарев Б. В., Спирин Г. Г., Калашников Н. П. Курс физики. М.: Курс общей физики, 2003, т.1, с.191–194.
Лабораторная работа 1.12
Определение отношения удельных теплоемкостей воздуха
Приборы и принадлежности: стеклянный баллон, насос, секундомер,
манометр.
Краткая теория
1. Законы идеальных газов
При изучении процессов в газах вводят понятие идеального газа. Газ считается идеальным, если выполняются следующие условия:
1. Размеры молекул газа пренебрежимо малы.
2. Между молекулами отсутствуют силы взаимодействия,
3. Соударения молекул являются упругими.
Состояние идеального газа характеризуется тремя термодинамическими параметрами: давлением Р, объемом V, температурой Т.
Переход газа из одного состояния в другое, сопровождающийся изменением его параметров, называется процессом.
Если один из параметров остается постоянным, то процесс называется изопроцессом. Рассмотрим некоторые изопроцессы.
Изотермический процесс
Изотермическим процессом называется процесс, происходящий при постоянной температуре, Т=const. Два других параметра изменяются. Изотермический процесс описывается уравнением:
PV = const – закон Бойля–Мариотта, (1)
который читается: для данной массы газа при постоянной температуре произведение давления газа на его объем есть величина постоянная.
Изохорический процесс
Изохорический процесс происходит при постоянном объеме. Зависимость давления от температуры описывается уравнением:
– закон Шарля,
(2)
который читается: для данной массы газа при постоянном объеме давление газа линейно возрастает с увеличением температуры.
Изобарический процесс
Изобарический процесс. Это процесс, происходящий при постоянном давлении, Р=const.
Зависимость объема от температуры описывается законом:
– закон
Гей–Люсака, (3)
который читается: для данной массы газа при постоянном давлении объем газа линейно возрастает с ростом температуры.
Адиабатический процесс
Адиабатическим процессом называется процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой (dQ = 0). Он описывается уравнением Пуассона:
pV=const, (4)
где –постоянная адиабатического процесса. Постоянная адиабатического процесса равна:
. (5)
При адиабатическом процессе изменяются все параметры газа: давление, объем и температура.
2. Теплоемкость газа
Количество теплоты dQ, сообщенное телу при нагревании, равно
,
где с – удельная теплоемкость вещества, равная количеству теплоты, сообщаемой единице массы вещества для нагревания ее на один градус.
Помимо удельной теплоемкости вводится понятие мольной теплоемкости. Мольная теплоемкость С – равная количеству теплоты, сообщаемой одному молю вещества для нагревания его на один градус.
Мольная и удельная теплоемкости связаны между собой соотношением:
С = с, (6)
где С – мольная теплоемкость, – молярная масса.
Газ можно нагревать при постоянном давлении и при постоянном объеме, поэтому для газа вводятся две теплоемкости: изобарическая и изохорическая. Мольная изобарическая и мольная изохорическая теплоемкости газа связаны с соответственными соотношениями:
;
.
Отсюда видно, что
отношение мольных теплоемкостей газа
равно отношению удельных
.
Количество теплоты, сообщенное 1 молю газа при изохорическом процессе, равно:
, (7)
а при изобарическом процессе
. (8)