10.2 Выполнение работы

Приборы и принадлежности: установка Клемана и Дезорма, показанная

Рис.10.1

на рисунке 10.1, состоит из стеклянного баллона 1, манометра 2, насоса 3 и крана 4. Ручным насосом в баллон накачивается воздух. Избыточное по сравнению с атмосферным давление измеряется U-образным манометром. Сначала необходимо закрыть кран и быстро накачать в баллон воздух (адиабатное сжатие газа). Это вызовет повышение давления в баллоне и нагревание газа. Через некоторое время (1-2 минуты) воздух в баллоне охладится до комнатной температуры из-за передачи тепла через стенки баллона. Давление немного уменьшится, его значение определится выражением

, (10.11)

где - атмосферное давление, - избыточное давление, измеряемое манометром.

Затем следует быстро открыть 4 кран - газ расширится адиабатно (часть его выйдет из баллона) и охладится. Если после того, как прекратится шипение воздуха (давление в баллоне станет равным атмосферному давлению ) кран закрыть, то через некоторое время газ изохорно нагреется из-за передачи тепла через стенки баллона и его давление возрастет на величину

. (10.12)

Мысленно выделим в баллоне некоторую массу воздуха, которая остается в нем (не выходит из баллона при открытом кране) в течение всего эксперимента. Рассмотрим 3 состояния этой массы газа, которые приведены в нижеследующей таблице.

Таблица 10.1

	Состояние системы	Объем	Давление	Температура
1	Кран закрыт, воздух сжат			комнатная
2	Кран открыт, воздух адиабатно расширен			Ниже комнатной
3	Кран закрыт, температура установилась			комнатная

Из таблицы видно, что процесс перехода системы из состояния 1 в состояние 2 - адиабатное расширение, которое согласно (10.10) можно записать в виде

( ) = , откуда .

Процесс перехода 3-1 - изотермический, который согласно закону Бойля-Мариотта ( ) можно представить как:

( ) =( ) , откуда

Из двух последних равенств получим

= . (10.13)

Решим это уравнение относительно

.

Так как давления , ( ) и ( ) незначительно отличаются друг от друга, то в первом приближении логарифмы величин можно заменить их численными значениями:

. (10.14)

Выражая избыточное давление через разность уровней воды в коленах манометра

,

где - постоянная прибора, - ускорение свободного падения, получаем расчетную формулу для экспериментального определения показателя адиабаты

, (10.15)

где и - разности уровней воды в коленах манометра соответственно до и после расширения воздуха.

10.2.1 Порядок выполнения работы:

1) Закрыть кран и ручным насосом накачать воздух в баллон до тех пока разность уровней жидкости в коленах манометра не достигнет величины 30-40 см;

2) Снять отсчеты уровней жидкости в левом и правом коленах манометра после того, как их положение установится. Результаты занести в таблицу 10.2;

Таблица 10.2

Уровни до расширения

Уровни после расширения

Прав.

Лев.

Прав.

Лев.

3) Определить как разность уровней жидкости в коленах. Результат занести в таблицу;

4) Быстро открыть кран и, как только уровни жидкости в коленах манометра выровняются, закрыть;

5) Снять отсчеты уровней жидкости в левом и правом коленах манометра после того, как их положение установится. Результаты занести в таблицу;

6) Определить как разность уровней жидкости в коленах. Результат занести в таблицу;

7) Вычислить значение показателя адиабаты по формуле (10.14). Результат занести в таблицу;

8) Измерения и расчеты по пунктам 1-6 повторить 5 раз;

9) Обработать результаты измерений по пунктам 2-9 упражнения 1 лабораторной работы 1;

10) По формуле (10.8) рассчитать значение для воздуха и сравнить его с экспериментальным значением.