Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего образования

“ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ”

Институт: ИРТСУ

Кафедра: САУ

Специальность: Управление в технических системах

Отчет

по лабораторной работе №202

по курсу Физика

Определение отношения теплоёмкостей воздуха в процессах при постоянном давлении и при постоянном объёме методом Клемана и Дезорма

Выполнил:

студент группы РТбо1-11

Черняков Е.Д.

9 Октября 2015 г.

Преподаватель: Арзуманян Г. В.

Таганрог 2015 г.

Цель работы.

Изучение термодинамических процессов в газе и экспериментальное определение показателя адиабаты воздуха методом Клемана и Дезорма.

Приборы и принадлежности.

Стеклянный баллон, U-образный водяной манометр, ручной насос (компрессор).

Краткие теоретические сведения.

Идеальный газ — математическая модель газа, в которой в рамках молекулярно-кинетической теории предполагается, что: 1) потенциальной энергией взаимодействия частиц, составляющих газ, можно пренебречь по сравнению с их кинетической энергией; 2) суммарный объём частиц газа пренебрежимо мал; 3) между частицами не действуют силы притяжения или отталкивания, соударения частиц между собой и со стенками сосуда абсолютно упруги; 4) время взаимодействия между частицами пренебрежимо мало по сравнению со средним временем между столкновениями. В расширенной модели идеального газа частицы, из которого он состоит, имеют форму упругих сфер или эллипсоидов, что позволяет учитывать энергию не только поступательного, но и вращательно-колебательного движения, а также не только центральные, но и нецентральные столкновения частиц. В рамках термодинамики идеальными называются гипотетические (реально не существующие) газы, подчиняющиеся термическому уравнению состояния Клапейрона — Менделеева.

Модель широко применяется для решения задач термодинамики газов и задач аэрогазодинамики. Например, воздух при атмосферном давлении и комнатной температуре с большой точностью описывается данной моделью. В случае экстремальных температур или давлений требуется применение более точного уравнения состояния реальных газов, например, уравнения Ван-дер-Ваальса, в котором учитывается притяжение между молекулами.

Различают классический идеальный газ (его свойства выводятся из законов классической механики и описываются статистикой Больцмана) и квантовый идеальный газ (свойства определяются законами квантовой механики, описываются статистиками Ферми — Дирака или Бозе — Эйнштейна).

Уравнение состояния — уравнение, связывающее между собой термодинамические (макроскопические) параметры системы, такие, как температура, давление, объём, химический потенциал и др. Уравнение состояния можно написать всегда, когда можно применять термодинамическое описание явлений. При этом реальные уравнения состояний реальных веществ могут быть крайне сложными.

Уравнение состояния системы не содержится в постулатах термодинамики и не может быть выведено из неё. Оно должно быть взято со стороны (из опыта или из модели, созданной в рамках статистической физики). Термодинамика же не рассматривает вопросы внутреннего устройства вещества.

Заметим, что соотношения, задаваемые уравнением состояния, справедливы только для состояний термодинамического равновесия.

Термическое уравнение состояния

Термическое уравнение состояния (ТУС) связывает макроскопические параметры системы, причём один из этих параметров — температура (авторство термина ТУС принадлежит Х. Камерлинг-Оннесу). Для системы с постоянным числом частиц его общий вид можно записать так:

(Термическое уравнение состояния, заданное как неявная функция)

Таким образом, задать термическое уравнение состояния значит конкретизировать вид функции 

Калорическое уравнение состояния

Если в термическое уравнение состояния в качестве обязательной переменной (зависимой или независимой) входит температура, то калорическое уравнение состояния (КУС) для простой закрытой системы отражает зависимость внутренней энергии от термодинамических параметров состояния (температуры и объёма, температуры и давления, объёма и давления) (авторство термина КУС принадлежит Х. Камерлинг-Оннесу):

(Калорическое уравнение состояния с независимыми переменными T и V)

(Калорическое уравнение состояния с независимыми переменными T и P)

(Калорическое уравнение состояния с независимыми переменными V и P)

Изопроцессы — термодинамические процессы, во время которых количество вещества и ещё одна из физических величин — параметров состояния: давление, объём, температура или энтропия — остаются неизменными. Так, неизменному давлению соответствует изобарный процесс, объёму — изохорный, температуре — изотермический, энтропии — изоэнтропийный (например, обратимый адиабатический процесс). Линии, изображающие данные процессы на какой-либо термодинамической диаграмме, называются изобара, изохора, изотерма и адиабата соответственно. Изопроцессы являются частными случаями политропного процесса.