Методика эксперимента

Метод определения показателя адиабаты, предложенный Клеманом и Дезормом, основывается на изучении параметров некоторой массы газа, переходящей из одного состояния в другое двумя последовательными процессами – адиабатным и изохорным. Эти процессы на диаграмме (рис. 3.1.) изображены кривыми соответственно 1-2 и 2-3.

Если в баллон, соединенный с открытым водяным манометром, накачать воздух и подождать до установления теплового равновесия с окружающей средой, то в этом начальном состоянии 1 газ имеет параметры , причем температура газа в баллоне равна температуре окружающей среды, а давлениенемного больше атмосферного.

Если на короткое время соединить баллон с атмосферой, то произойдет адиабатное расширение воздуха. При этом воздух в баллоне перейдет в состояние 2, его давление понизится до атмосферного . Масса воздуха, оставшегося в баллоне, расширяясь, займет весь объем. При этом температура воздуха, оставшегося в баллоне, понизится до. Поскольку процесс 1-2 адиабатный, к нему можно применить уравнение Пуассона (4.15):

или

Отсюда

. (4.16)

После кратковременного соединения баллона с атмосферой охлажденный из-за адиабатного расширения воздух в баллоне будет нагреваться (процесс 2-3) до температуры окружающей среды при постоянном объемеПри этом давление в баллоне поднимется до. Так как процесс 2-3 изохорный, то он удовлетворяет закон Шарля, отсюда

. (4.17)

Из уравнений (4.16) и (4.17) получаем:

.

Прологарифмируем последнее соотношение:

. (4.18)

Избыточные давления инамного меньше атмосферного давленияи, следовательно,и. Учитывая, чтопри, перепишем выражение (4.18) следующим образом:

. Отсюда для показателя адиабатыполучаем:

. (4.19)

Избыточные давления иизмеряют с помощью– образного манометра по разности уровней жидкости, обладающей плотностью:

,(4.20) Из соотношений (4.19) и ( 4.20) получаем рабочую формулу для определения:

. (4.21)

Описание экспериментальной установки и порядок выполнения работы

Для определения отношения теплоёмкостей воздуха предназначена установка, схема которой представлена на рис. 4.2.

Установка состоит из стеклянной колбы, соединенной с открытым водяным манометром. Воздух нагнетается в колбу микропроцессором, размещенным в блоке рабочего элемента. Микропроцессор включается тумблером «Воздух», установ-ленным на передней панели блока приборов. Следует обратить внимание на своевременное отключение компрессора для предотвращения переливания воды из открытого колена– образной трубки. Пневмотумблер «Атмосфера», расположенный на панели блока рабочего элемента, в положении «Открыто» позволяет соединить колбу с атмосферой.

Рис. 4.2. Экспериментальная установка для определения показателя адиабаты

Измерения проводятся в следующей последовательности.

1. Включить установку тумблером «Сеть».

2. Установить пневмотумблер «Атмосфера» в положение «Закрыто». Для подачи воздуха в колбу включить тумблер «Воздух».

3. С помощью манометра контролируют давление в колбе. Когда разность уровней воды в манометре достигнет 150-200 мм вод. ст.,отключить подачу воздуха.

4. Подождать 2–3 минуты, пока температура воздуха в колбе сравняется с температурой окружающей среды ; в колбе при этом установится постоянное давление.

5. Определить разность уровней , установившуюся в коленах манометра. Полученное значение занести в таблицу.

6. На короткое время соединить колбу с атмосферой, установив пневмотумблер «Атмосфера» в положение «Открыто».

7. Через 2–3 минуты, когда в колбе установится постоянное давление , определить разность уровней, установившуюся в манометре. Полученное значение занести в таблицу.

8. Повторить измерения пп. 2-6 не менее N=10 раз при различных значениях величины.

9. Выключить установку тумблером «Сеть».