Контрольные вопросы

1. Смысл понятия внутренняя энергия идеального газа в МКТ.

^{2. Вывести формулу .}

^{3. Чему равна величина отношения для двухатомного газа?}

4. Какой процесс называют адиабатическим?

5. Почему С_Р больше, чем С_V?

6. Что происходит с внутренней энергией газа при адиабатическом процессе?

7. Первый закон термодинамики. Написать этот закон для адиабатического, изохорического, изотермического и изобарического процессов.

8. Написать уравнение Пуассона через различные параметры.

9. Чем отличается график адиабаты от изотермы.

10. Уравнение Майера (физический смысл постоянной R).

Лабораторная работа № 9 определение коэффициента теплопроводности газа

Цель: Экспериментальное определение коэффициента теплопроводности воздуха. Проверка зависимости коэффициента теплопроводности от давления.

Введение

Перенос тепла от более нагретого тела к менее нагретому может осуществляться тремя способами: теплопроводностью, конвекцией, лучеиспусканием.

В случае передачи теплоты путем теплопроводности, количество теплоты, проходящее за время dt через площадку dS (рис. 1), перпендикулярно к направлению x, в котором существует разница температур dТ, определяется по уравнению Фурье:

^,

где  (каппа) – коэффициент теплопроводности. Знак минус означает, что перенос тепла происходит в направлении уменьшения температуры.

Одним из методов определения коэффициента теплопроводности в газе является метод, описанный в этой работе.

По оси цилиндрической трубки Тр₁ (рис. 2), внутри которой находится исследуемый газ, натягивается тонкая проволока АВ. Если проволоку нагреть током, а температуру стенки поддерживать постоянной, пропуская воду между стенками трубок Тр₁ и Тр₂, то в направлении радиуса трубки возникает разность температур dt. Через любую коаксиальную с проволокой поверхность радиуса r за единицу времени пройдет количество тепла:

^{, (1)}

где L – длина проволоки.

В установившемся режиме q не зависит от r. Умножим теперь выражение (1) на dr/r.

И проинтегрируем по r от r₁ – радиуса проволоки до r₂ – радиуса внутреннего цилиндра Тр₁. Получим:

^,

⁽²⁾

Таким образом, чтобы определить коэффициент теплопроводности, надо знать количество тепла, переносимое от проволоки к стенке трубки, разность температур между слоями газа, непосредственно прилегающими к поверхностям проволоки и трубки (которую мы будем считать равной разности температур между проволокой и трубкой), размеры проволоки и трубки. За температуру стенки трубки можно принять температуру воды, омывающую стенки цилиндра, которая измеряется термометром. Температуру проволоки можно определить, измерив ее электрическое сопротивление. В области применяемых температур сопротивление проволоки растет по линейному закону, т. е.

R_t = R₀ (1 + t),

где R₀ – сопротивление проволоки при 0 С;

R_t – сопротивление при некоторой температуре t ;

 – температурный коэффициент сопротивления.

Сопротивление проволоки можно определить, используя чувствительный прибор – мостик Уитстона. К работе прилагается график зависимости сопротивления от температуры. Зная сопротивление проволоки, можно по графику определить температуру.