Клеман-Дезорм Әдісімен ауа үшін адиабат көрсеткішін анықтау
Жұмыстың мақсаты: Изопараметрлік процестерді бақылау және Клеман-Дезорм әдісімен ауа үшін =Cр/Cv адиабат көрсеткішін анықтау.
1. Теориялық кіріспе.
Газ молекуларының құрылымына тәуелді болатын =Cр/Cv қатынасы газдың ұлғаюын (не сығылуын) сипаттайтын pV=const Пуассон теңдеуіне кіретін шама болып табылады.
Термодинамикалық процесс кезінде жүйенің сыртқы ортамен жылу алмасуы болмаса (dQ=0), ондай процесс адиабаттық процесс деп аталады.
Іс жүзінде адиабаттық процесс - газдың өте тез ұлғаюы немесе сығылуы кезінде болатын процесс.
Cр/Cv қатынасын анықтаудың бірден-бір қарапайым әдістерінің бірі Клеман-Дезорм әдісі болып табылады.
2. Тәжірибелік қондырғы.
Клеман-Дезорм әдісімен адиабат көрсеткішін анықтайтын эксперименттік қондырғы 1-суретте көрсетілген. Ол баллоннан (1), манометрден (2), сорғыдан (3) және краннан (4) тұрады.
Қол сорғысымен баллонға ауа толтырылады. Атмосфералық қысымнан артық болатын баллондағы ауа қысымы су толтырылған U пішінді манометрмен өлшенеді.
Егер
баллондағы қысым өте тез артатын болса,
онда мұндай сығылу процесін адиабатты
деп есептеуге болады, сондықтан баллондағы
ауа температурасы бөлме температурасынан
жоғары болады. Осыдан кейін жылудың
баллон қабырғасы арқылы берілуінен,
ондағы ауа бөлме температурасына дейін
суынып, қысым р1
шамасына дейін төмендейді:P1=H+h1,
мұндағы
H - атмосфералық қысым, h1
- су манометрімен өлшенетін артық қысым.
Осыдан кейін (4) кранды өте тез ашып, оны тек баллоннан шығатын ауаның ысылы тоқтаған
1-сурет кезде жабу керек. Ауаның бұл ұлғаю процесін де адиабатты процесс деп есептеуге болады. Баллондағы ауа температурасы төмендейді, яғни ұлғайған ауа сыртқы атмосфералық қысымға қарсы ішкі энергия есебінен жұмыс істейді. Ары қарай баллондағы ауа бөлме температурасына дейін көтеріліп, оның қысымы р2 мәнге дейін артады:
р2=H+h2,
мұндағы h2 - манометрмен өлшенетін артық қысым.
Сонымен үш түрлі күйді бөліп қарауға болады.
№ |
Жүйе күйі |
Көлем |
Қысым |
Температура |
1. |
Кран жабық, ауа қысылған |
V1 |
H+h1 |
бөлме температурасы T1 |
2. |
Кран ашық, ауа адиабат ұлғаяды |
V2 |
H |
бөлме температурасынан төмен T2 |
3. |
Кран жабық, температура тұрақталған |
V1 |
H+h2 |
бөлме температурасы T1 |
1-күйден 2-күйге өту процесі адиабатты түрде жүзеге асады, сондықтан мынадай өрнекті жазуға болады:
(1)
Адиабаттық ұлғаюдан кейінгі ауа температурасының көтерілу процесі кезінде, яғни кранды жапқаннан кейін, тұрақты көлемде өтеді. Сондықтан
(2)
(2) көмегімен (1) формуласындағы T1/T2 қатынасын жоя отырып, мына теңдеу алынады:
Бұл теңдеу -ға қатысты шешілгенде:
Соңғы теңдеуді логарифмді қатарға жіктеп және оның екінші дәрежелі мүшесінен бастап ескермегенде, келесі өрнекті алуға болады:
(3)