Лабораторна робота № 2

1 Тема

Перевірка закону Бойля – Маріотта

2 Мета і завдання

4. Дослідним шляхом переконатися, що при постійній масі газу добуток його тиску та об’єму при зміні цих параметрів залишається сталою величиною.

3 Інформаційне забезпечення

3. Л. С. Жданов, Г. Л. Жданов. Фізика (§§ 5.1 – 5.4).

4 Технічне забезпечення

2. Мензурка з водою; скляна трубка; вимірювальна лінійка; барометр.

При виконанні роботи треба обережно поводитися з мензурками та скляними трубками. Забороняється позичати будь – які прилади у інших робочих груп, щоб запобігти їх падінню та травмуванню розбитим склом.

5 Теоретичні відомості

Перевірка закону БойляМаріотта полягає в дослідженні газу (повітря) сталої маси при незмінній температурі. Дослідження газу проводиться в скляній трубці, що закрита з одного боку (див. рисунок 2.1 а)). Для перевірки закону треба мати декілька значень тиску Р_N і об’єму V_N цього газу.

Початкові значення тиску Р₁ та об’єму V₁ беруться, коли трубка знаходиться у повітрі, тобто тиск газу дорівнюватиме атмосферному, а об’єм повітря – внутрішньому об’єму всієї трубки. Значення атмосферного тиску в момент виконання роботи визначається за показами наданого барометру, а об’єм газу розраховується за формулою:

(1), де: А  площа внутрішнього перерізу трубки; ₁  довжина повіт-

р яного стовпчика в першому досліді, тобто довжина трубки від її відкритого кінця до закритого. Враховуючи, що переріз трубки має форму кола, його площа: (2), де d  внутрішній діаметр трубки, який вимірюється за допомогою штангенциркуля.

П ісля цього, маючи числові значення P₁ і V₁, знаходиться коефіцієнт С₁, який є константою: (3). Для зміни тиску і об’єму повітря надану трубку занурюють відкритим кінцем у колбу з водою на визначену глибину H_N (див. рисунок 2.1 б)). Це призводить до того, що деяка кількість води висотою стовпчика h_N заходить всередину трубки і стискує газ. Отже, об’єм газу зменшується, а тиск  збільшується, проте маса газу та його температура залишаються сталими, оскільки газ з трубки не виходить, а температура води така сама, як і температура повітря.

Для подальшої зміни параметрів досліду P і V трубку занурюють ще декілька разів на більші глибини, що дає можливість отримати декілька значень тисків та об’ємів.

О б’єм розраховується за формулою, аналогічною (1): (4), де _N  довжина повітряного стовпчика після того, як у трубку зайшла вода (5).

Т иск повітря P_N в зануреній трубці знаходиться як сума гідростатичного тиску води висотою стовпчика h_N і атмосферного тиску P₁ : (6), де   густина води при кім-

натній температурі; g  прискорення вільного падіння.

С товпчик води h_N, що додатково тисне на повітря в трубці, знаходиться за даними експерименту (див. рис. 2.1.б)): (7). Маючи всі значення P_N і V_N, розраховують всі коефіцієнти С_N за формулою аналогічною формулі (3): (8), після чого знаходять середнє значення коефіцієнту С_сер (9).

П отім  абсолютні похибки кожного вимірювання С_N : (10).

Далі  середню абсолютну похибку:

(11). Знаходженням відносної похибки усього досліду завершуємо оцінку точності проведеного експерименту: (12).

На підставі отриманих даних виконується графічне креслення залежності тиску від об’єму газу в досліджуваній трубці, тобто будується так звана PV- діаграма.

Після виконання всіх вимірів, розрахунків і креслень треба зробити висновок, який являється коротким підсумком проведеного досліду, дає тлумачення отриманих даних і закономірностей та підтверджує справедливість закону, що розглядався.