Описание установки и методика выполнения работы

Рис. 8.1.

Экспериментальная установка состоит из стеклянного сосуда I, объем которого может быть изменен с помощью рукоятки 4 за счет изменения объема V^’; который занимает гофрированная резиновая трубка 2. Давление в сосуде измеряется с помощью манометра 3. h – разность давления в сосуде с атмосферным Р₀.

Рис. 8.2.

Если от какого – то состояния I (см. рис.8.2.), при котором температура газа в сосуде равна температуре окружающего воздуха Т₁ (3-5 минут давления в сосуде не изменилось), увеличить (или уменьшить объем газа V, то давление, которое было Р₁=Р₀+h₁ станет Р₂=Р₀+h₂. Если изменение объема происходит достаточно быстро (за 1-2 с.), то теплообмен между газом в сосуде и окружающей средой не успевает произойти и расширение (сжатие) происходит адиабатически, т.е. параметры газа в I и II состояниях связаны уравнением Пуассона:

Р₁V₁^ = Р₂V₂^

или (8.10.)

Вследствии теплообмена с окружающей средой температура газа с сосуде ставшая Т₁, а давление станет Р₃.

Параметры газа в состояниях с одинаковыми температуры связаны уравнением Бойля – Мариотта (см. рис. 8.2.) кривая III и II – изотерма).

т.е.

Возведя обе части в степень  получим

(8.11.)

Из (8.10.) и (8.11.) получаем

Логарифмируя и решая относительно  получим

Учитывая, что Р₁, Р₂ и Р₃ мало отличаются друг от друга, можно записать

Или, учитывая, что

можем записать

Таким образом, измеряя h₁, h₂ и h₃ – разность уровней воды в манометре, соответствующие начальному состоянию - h₁, быстрому расширению - h₂ (сжатию) и спустя 3-5 минут после расширения - h₃ (сжатия), можно рассчитать значение .

Порядок выполнения работы

1. Продумайте и составьте для записи результатов измерений таблицу: h_1, h_2, h₃, , _{ср, ,}.

2. При некотором начальном положении рукоятки гофрированного сосуда отсчитайте значение h₁. Если давление в сосуде больше атмосферного, то значение h₁>0, если меньше, то h₁ отрицательно.

3. Произведите расширение или сжатие газа путем поднятия или опускания рукоятки 4. Сразу же после этого производят отсчет h₂.

4. После выравнивания температуры газа в сосуде с комнатной (h перестает изменяться), отсчитайте значение -h₃.

5. Опыт повторите 3-5 раз.

6. По полученным значениям h определите  .

7. Рассчитайте погрешность ,

Дополнительное задание

1. Исследуйте влияние времени выдержки после адиабатического расширения на получаемый результат.

2. Определите минимально необходимое время выдержки и проанализируйте полученный результат.

3. Выскажите соображения по улучшению конструкции экспериментальной установки.

4. Дан замкнутый процесс

Постройте его в диаграммах V-T и P-T КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое молярная и удельная теплоемкости газа? В каких единицах они измеряются?

2. Как выражается теплоемкость газа при постоянном объеме и при постоянном давлении?

3. Что такое число степеней свободы? Как оно связано с ?

4. Зная из опыта,рассчитайте число степеней свободы молекул воздуха.

5. Пользуясь уравнением состояния газа и первым началом термодинамик, выведите уравнение Роберта Майера С_р=С_v+R.

6. Каков физический смысл универсальной газовой постоянной?

7. Может ли быть теплоемкость газа бесконечно большой? Равной 0?

8. Что такое адиабатический процесс? Выведите уравнение Пуассона.

9. Назовите изопроцессы.

10. Запишите уравнение изопроцессов.

11. Постройте в различных диаграммах уравнения изопроцессов (Р-V, V-T, P-T).