III. Описание установки и метода выполнения работы

Установка смонтирована в комплекс. Все элементы установки представлены на рис. 1.

Основной элемент установки – стеклянный баллон (объемом ) расположен за передней панелью. В целях безопасности на баллон в рабочем состоянии надет мешок из плотной ткани.

Рис. 1 Блок-схема установки

Посредством крана К₁ стеклянный баллон может быть соединен с насосом (в данной работе это груша-помпа, при помощи которой в баллон накачивается воздух) или, наоборот, отсоединен от него.

Кран К₂ соединяет (или перекрывает) стеклянный баллон с другим сосудом (известного или неизвестного объема). В нашей работе он должен быть закрыт.

Стеклянный баллон снабжен краном К₃, рукоятка которого выведена на переднюю панель прибора (внизу). Кран К₃ соединяет баллон с атмосферой и позволяет быстро сбрасывать давление газа в нем. При повороте рукоятки из положения “открыт” в положение “закрыт” (или обратно) срабатывает микропереключатель, подключенный к секундомеру. Результатом является измерение времени открытого или закрытого состояния крана.

За передней панелью установлен осушитель (стеклянный баллончик с силикагелем).

Дифференциальный водяной манометр состоит из нижнего и верхнего бачков, соединенных прозрачной трубкой. Вблизи трубки расположена линейка, по которой отсчитывается уровень жидкос-ти.

Необходимо учесть, что манометр измеряет давление в миллиметрах (мм) водяного столба. 1 мм водяного столба соответствует, примерно, 10 Па.

Исследуемый газ подается в стеклянный баллон при помощи груши-помпы (насоса) через штуцер Ш1. При этом происходит удаление осушителем влаги из газа.

Чтобы измерить давление в баллоне, штуцер Ш3 шлангом соединяют со штуцером Ш4. Если штуцер Ш5 открыт в атмосферу (как в данной работе), манометр измеряет превышение давления в резервуаре над атмосферным. (Если штуцер Ш5 соединен с другим резервуаром, то манометр измеряет разность давлений в них.)

Штуцер Ш2 служит для подключения другого резервуара. (В данной работе не используется.)

Жидкость (вода) заливается лаборантом в нижний бачок через штуцер Ш4 с помощью резиновой груши со шлангом так, чтобы начальный уровень жидкости находился напротив нулевого деления шкалы линейки. (В противном случае, надо обратиться к лаборанту.) Верхний бачок служит предохранителем: он принимает в себя воду при случайном превышении предельного значения давления в нижнем бачке.

Часы-таймер предназначены для измерения времени с точностью 0,01с. Кнопка MODE – выбор режима работы. В режиме “секундомер” мигает надпись в верхней части дисплея. Кнопка DATE/UP в режиме “секундомер” поочередно запускает и останавливает отсчет времени. Кнопка ALT/SET, нажатая при остановленном отсчете времени, сбрасывает (обнуляет) отсчет и показания дисплея. Кнопка ALT/SET, нажатая в процессе отсчета времени, фиксирует показания дисплея, но не останавливает отсчета времени.

(Дроссели ДР 1 и ДР 2 предназначены для изучения видов течения газа в трубе и измерения вязкости воздуха. В данной работе не используются.)

Упражнение. Определение отношения

методом Клемана-Дезорма

Пусть мы имеем баллон с газом, находящийся при атмосферном давлении и комнатной температуре . (Кран К₃ открыт.)

Закроем кран К₃ и накачаем в баллон воздух до некоторого давления . Через некоторое время (1-2 мин.) вследствие теплообмена с окружающей средой температура в баллоне станет комнатной . По водяному манометру устанавливается разность давлений , где – высота столбика жидкости. Единица массы газа при этом занимает объем . Это состояние соответствует точке 1 (см. рис.2). Параметры данного состояния .

Откроем на короткое время (до 2 с) кран К₃, соединяющий баллон с атмосферой. При этом воздух, находящийся в баллоне, быстро (адиабатически) расширится и вследствие этого охладится до температуры ,а давление будет равно атмосферному . Единица массы газа займет объем . Это состояние соответствует точке 2 (см.рис.2). Параметры данного состояния .

Рис. 2. Графики процессов: 1 – 2 – адиабата, 2 – 3 – изохора.

Как только кран оказывается закрытым, температура (вследствие теплообмена) начинает повышаться до комнатной и (так как процесс изохорический) давление также повышается до . При этом по водяному манометру устанавливается разность давлений , где – высота столбика жидкости. Это состояние соответствует точке 3 (см.рис.2). Параметры данного состояния .