Контрольні питання

1. Які параметри визначають експериментально для оцінки середньої об'ємної теплоємності?

2. Як виконується розрахунок середньої масової теплоємності?

3. Як на установці визначаються потрібні витрати повітря, що протікає через калориметр?

4. Від чого залежить теплоємність реальних та ідеальних газів?

5. Як на установці можна змінити кількість тепла, що підводиться до калориметру?

Лабораторна робота № 3 визначення показника адіабати „к” для повітря

У термодинаміці при розрахунках широко використовується коефіцієнт адіабати К, який являє собою відношення теплоємностей за постійного тиску С_р і постійного об’єму С_v:

К = С_р/С_v.

Для кожної групи газів величина К має певне числове значення: для одноатомних газів К = 1,6; для двоатомних (і повітря) – 1,4; для багатоатомних – 1,3. Для реальних газів коефіцієнт К є величина змінна, яка зменшується з підвищенням температури.

Величину відношення теплоємностей К газів в області не дуже низьких температур, коли вони можуть з високим ступенем точності задовольняти рівнянню стану ідеального газу P = RT, визначають за допомогою установки (рис. 3.1), яка складається з герметично закритого балона 1 місткістю 60 л. Стиснуте у повітродувці повітря подається в балон через кран 2. На верхній кришці балона встановлений кран 3, який служить для випуску повітря в атмосферу. Тиск у балоні вимірюють U-образним манометром 4.

Процеси, що відбуваються в установці, зображені на рис. 3.2. Стан газу, що надійшов у балон, характеризується точкою 0. У результаті теплообміну з навколишнім середовищем за постійного об’єму (лінія 0 – 1) температура повітря знижується до Т_ср.. У результаті адіабатичного витікання повітря (лінія 1 – 2) його температура знижується до Т_дійсн, а потім за V = const нагрівається до Т_ср (лінія 2 – 3).

Рис. 3.1. Схема установки з визначення показника адіабати K

Рис. 3.2. Процеси, які відбуваються в установці:

а – в P – V координатах; б – в T – S координатах

Відношення питомих об’ємів можна показати через відношення тисків , тобто, . Оскільки питомі об’єми , то . З рівняння адіабати PV^k = const знайдемо співвідношення:

.

Прологарифмувавши цей вираз, одержимо:

.

Звідки

.

Вимір питомих об’ємів дуже складний, тому відношення виражаємо через відповідне відношення тисків . Формула для експериментального визначення К буде мати вигляд:

.

Таким чином, при визначенні К дослідним шляхом, величинами, що вимірюються, є тільки тиски.

Методика визначення показника адіабати

Приєднують шланг від повітродувки до крана 2. Включають повітродувку і відкривають кран 2. Спостерігаючи за манометром 4, доводять тиск повітря в балоні до 450 – 500 мм вод.ст. Закривають кран 2 і виключають повітродувку. Вичікують якийсь час (6 – 8 хв), доки газ у балоні прийме температуру навколишнього середовища, про що свідчать сталі показники манометра , мм вод.ст. Знімають показання барометра Р_б, Па. Швидко відкривають кран 3 і відразу ж закривають його. При цьому розширення повітря відбувається так швидко, що з деяким наближенням можна вважати його протікаючим без теплообміну з навколишнім середовищем, тобто адіабатним. При цьому температура газу в балоні знижується і буде нижче початкової температури, тобто температури навколишнього середовища.

Після закриття крана 3 буде відбуватися ізохорний процес нагрівання повітря в балоні внаслідок теплообміну з навколишнім середовищем, і тиск газу, вимірюваний манометром, буде зростати доти, доки температура газу в балоні не зрівняється з температурою навколишнього середовища. Після настання температурної рівноваги (через 6 – 8 хв) знімають показання манометра, , мм. вод.ст. Дослід повторюють 3 рази. Отримані дані вносять у журнал спостережень (табл. 3.1).