Устройство экспериментальной установки и методика измерений
Схема экспериментальной установки изображена на рисунке 10.1. Установка состоит из стеклянного баллона 1, в который накачивается воздух ручным насосом (на рис. 10.1 не показан) до некоторого давления. Накачивание воздуха в баллон производится при закрытом кране 3. Давление в баллоне измеряется водяным манометром 2.
Н
айдем
выражение определения изменения энтропии
идеального газа при изохоричесом
процессе
.
(10.10)
По первому закону термодинамики
,
(10.11)
где
,
,
– теплоемкость идеального газа при
постоянном объеме.
Из уравнения Менделеева – Клапейрона выразим давление газа
(10.12)
и подставим в выражение (10.11):
. (10.13)
Подставим формулу (10.13) в (10.10) и проинтегрируем полученное выражение:
. (10.14)
Для
изохорического процесса
и
. (10.15)
Запишем уравнение Менделеева – Клапейрона в виде
. (10.16)
Подставим правую часть (10.16) в уравнение (10.15) и найдем изменение энтропии при изохорическом процессе
. (10.17)
Порядок выполнения работы
1. Закройте кран, накачайте в сосуд воздух (состояние 1) до разности уровней жидкости в коленях манометра 15-20 сми быстро отсчитайте по нижнему краю мениска получившуюся разность уровнейh1. Результат занесите в таблицу.
2. Далее начнется изохорическое охлаждение воздуха (1-2 минуты) в баллоне до комнатной температуры за счет теплообмена с окружающей средой. Когда разность уровней в жидкости установится и перестанет смещаться (состояние 2), отсчитайте получившуюся разность уровней h2. Результат занесите в таблицу.
3. Открыв кран, соедините баллон с атмосферой (начинается процесс адиабатического расширение газа с понижением его температуры), и как только уровни жидкости в манометре выровняются (состояние 3), тут же закройте кран обратно. При этом разность уровня h3=0.
4. Далее начнется изохорическое нагревание (1-2 минуты) воздуха в баллоне до комнатной температуры. Когда разность уровней в жидкости установится и перестанет смещаться (состояние 4), отсчитайте получившуюся разность уровней h4. Результат занесите в таблицу.
5. Повторите проделанный эксперимент 7-8 раз.
6.
Запишите значения атмосферного давления
(данные снимать по барометру)
(Па) и комнатной температуры
(К) во время проведения эксперимента,
а также объем баллона
(м3).
Таблица–Результаты измерений и вычислений
|
№ опыта |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
h1i (м) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h2i (м) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h4i (м) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р1i (Па) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р2i (Па) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р4i (Па) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Изохорическое охлаждение | ||||||||
|
ΔSохл i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Изохорическое нагревание | ||||||||
|
ΔSнагр i |
|
|
|
|
|
|
|
|