методичка по молекулярке
.pdf
Методика и порядок измерений:
Рис. 4.14
1.В прямоугольном окошке «Функция» нажмите маркером мыши кнопку «Прямая».
2.Подведите маркер мыши к выделенной левой точке графика p = f (V ) на экране монитора, нажмите левую кнопку мыши, и, удерживая её в нажатом состоянии, переместите начало графика в точку с координатами ( p1 ,V1 ,T1 ), взятыми из таблицы 4.31 для вашей группы.
3.Аналогичным образом переместите выделенную крайнюю правую точку графика в точку с координатами ( p20 ,V20 ).
4.На мониторе щёлкните мышью кнопку в верхнем ряду кнопок, а в нижней части экрана кнопку «СТАРТ».
5.Нажмите два раза кнопку |
|
в верхнем ряду кнопок и запишите в |
|
первый столбец таблицы 4.32 значения ∆Q и T .
6.Последовательно повторяя действия п.5 20 раз, заполните таблицу
4.32.
Таблица 1. Начальные и конечные параметры для трёх термодинамических процессов.
Группа |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
p1 , кПа |
100 |
90 |
80 |
70 |
60 |
50 |
40 |
30 |
p20 , кПа |
300 |
290 |
280 |
270 |
260 |
250 |
240 |
230 |
V1 , дм3 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
V20 , дм3 |
50 |
50 |
50 |
50 |
50 |
50 |
50 |
50 |
T1 , К |
124 |
111 |
99 |
86 |
74 |
62 |
49 |
37 |
121
В прямоугольном окошке «Функция» нажмите маркером мыши кнопку «Парабола», проделайте измерения п.п. 2-6 и запишите результаты опытов в таблицу 4.33.
В прямоугольном окошке «Функция» нажмите маркером мыши кнопку «Экспонента», проделайте измерения п.п. 2-6 и запишите результаты опытов в таблицу 4.34.
Таблицы 4.32-4.34. Результаты измерений температуры и количества выделения тепла в ходе термодинамического процесса расширения газа
№ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
опы- |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
та |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ti |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ti −T1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∆Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
опы- |
||||||||||
та |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ti |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ti −T1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∆Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Порядок выполнения работы:
1.Вычислите и запишите во вторую строку таблиц 4.32-4.34 разности температур Ti −T1 .
2.На миллиметровой бумаге или на листе в клетку формата А4 постройте по экспериментальным точкам графики в виде линейной зависи-
мости ∆Q от разности температур Ti |
−T1 для трёх исследуемых процессов. |
||||||||
(Каждый график на отдельном листе!). |
|
|
|
|
|
||||
3. По тангенсу угла наклона прямой линии графика к оси разности |
|||||||||
температур, используя формулу C = |
|
|
Q20 |
|
−Q1 |
|
, определите молярную те- |
||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
m |
(T |
|
−T ) |
|||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
M |
20 |
|
1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
плоёмкость политропического процесса и сравните её с теоретическим значением, рассчитанным по формуле (7).
5. Рассчитайте работу газа в этих процессах по формуле
A = n1−1(p1V1 − p20V20 )
и сравните эти значения со значениями, указанными в нижнем окне монитора при p20 и V20 . Проанализируйте полученные результаты, сделайте
оценку погрешности измерений.
122
ЛИТЕРАТУРА
1.Кикоин А.К., Кикоин И.К. Молекулярная физика. – М.: Физ. мат., 1976.
2.Матвеев А.Н. Молекулярная физика. – М.: Высш. шк., 1987.
3.Сивухин Д.В. Курс общей физики т.2 Термодинамика и молекулярная физика. – М.: Наука, 1979.
4.Зайдель А.Н. Погрешности измерений физических величин. – Л.: Наука, 1985.
5.Тэйлор Дж. Введение в теорию ошибок. – М.: Мир, 1985.
6.Сквайрс Дж. Практическая физика. – М.: Мир, 1971.
7.Лабораторный практикум по общей физике: Учебное пособие для студентов физ.-мат. фак. пед. ин-тов. Под ред. Е.М. Гершензона, Н.Н. Малова. – М.: Просвещение, 1985.
8.Физический практикум. Под ред. В.И. Ивероновой. – М.: Наука, 1968.
9.Руководство к лабораторным занятиям по физике. Под ред. Л.Л. Гольдина. – М.: Наука, 1973.
10.Енохович А.С. Справочник по физике. – М.: Просвещение, 1990.
11.Салихов Р.Б Экспериментальная физика: Обработка результатов измерений и электроизмерительные приборы: Методическое пособие. – Уфа: Изд-во БГПУ, 2003.
12. Фахретдинов И.А. Конспект лекций по курсу «Термодинамика. Молекулярная физика». – Уфа: Изд-во БГПУ, 2006.
123
Приложение 1
ФОРМА ОТЧЕТА ПО ВЫПОЛНЕННОЙ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
1.Наименование работы, ее номер и дата выполнения.
2.Цели и задачи исследования.
3.Приборы и принадлежности. Параметры приборов (размеры, класс точности, цена деления).
4.Принципиальная схема или чертеж экспериментальной установки.
5.Основные расчетные формулы с указанием величин, подлежащих измерению. Все буквенные величины, входящие в формулы, должны быть объяснены.
6.Результаты отдельных измерений (обычно в виде таблиц) с обязательным указанием единиц измерения.
7.Результаты обработки полученных экспериментальных данных с оценкой погрешности измерений.
8.Формулы для вычисления погрешностей метода измерений.
9.Окончательные результаты с учетом погрешностей.
10.Построение графиков (если они предусмотрены заданием). Выводы по графикам.
11.Общие выводы по лабораторной работе.
124
Приложение 2
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
ЧАСТЬ I. «Идеальный газ», «Реальный газ», «Явления переноса»
Лабораторная работа №1
1.Цели и задачи работы.
2.Объяснить расчетную формулу.
3.Что измеряет манометр? Как Вы собираетесь определить величину (P1 − P2 ) , входящую в расчетную формулу?
4.Почему для определения R в данной работе рассматривается два состояния газа?
5.Физический смыл универсальной газовой постоянной.
6.Ход выполнения работы.
Лабораторная работа №2
1.Цели и задачи работы.
2.Основное уравнение МКТ.
3.Объяснить термин «парциальное давление».
4.Закон Дальтона.
5.Что измеряет жидкостной манометр? Принцип действия.
6.Ход выполнения работы.
Лабораторная работа №3
1.Цели и задачи работы.
2.Какая физическая величина называется удельной теплоемкостью?
3.Виды удельной теплоемкости.
4.Какие состояния газа рассматриваются в данной работе? Какими параметрами характеризуются?
5.Ход выполнения работы.
Лабораторная работа №4
1.Цели и задачи работы.
2.В чем суть внутреннего трения, как явления переноса?
3.Каков механизм внутреннего трения в газах?
4.Идея метода определения коэффициента внутреннего трения воздуха.
5.Объяснить расчетную формулу.
6.Ход выполнения работы.
125
Лабораторная работа №5
1.Цели и задачи работы.
2.В чем суть диффузии, как явления переноса?
3.Каков механизм диффузии в газах?
4.Идея метода определения коэффициента диффузии.
5.Что в чем диффундирует в ходе проведения опыта?
6.Объяснить расчетную формулу.
7.Ход выполнения работы.
Лабораторная работа №6
1.Цели и задачи работы.
2.Критическое состояние вещества, критическая температура, свойства вещества в критическом состоянии.
3.Схема установки.
4.Ход выполнения работы.
Лабораторная работа №7
1.Цели и задачи работы.
2.Влажность: максимальная, абсолютная, относительная.
3.Устройство психрометров.
4.Ход выполнения работы.
Лабораторная работа №8
1.Цели и задачи работы.
2.В чем суть внутреннего трения, как явления переноса?
3.Каков механизм внутреннего трения в жидкостях?
4.Идея вискозиметрического метода определения коэффициента вязкости жидкости?
5.Расчетная формула.
6.Ход выполнения работы.
ЧАСТЬ II. «Жидкости», «Фазовые переходы»
Лабораторная работа №1
1.Цели и задачи работы.
2.Число Авогадро и его физический смысл.
3.Какой метод применяется для определения числа Авогадро в данной работе?
4.Объяснить расчетную формулу?
5.Как определяется масса олеиновой кислоты в растекшейся капле?
6.Что такое мономолекулярный слой.
7.Ход выполнения работы.
126
Лабораторная работа №2
1.Цели и задачи работы.
2.В чем суть и механизм явления, рассматриваемого в данной работе?
3.Перечислить известные методы определения коэффициента поверхностного натяжения.
4.Суть перечисленных методов.
5.Ход выполнения работы.
Лабораторная работа №3
1.Цели и задачи работы.
2.Что называется коэффициентом поверхностного натяжения?
3.Как зависит коэффициент поверхностного натяжения от температуры? Объяснить.
4.Объяснить идею метода максимального давления в пузырьке (Где и когда возникает пузырек? Что необходимо для этого? Когда он лопается?).
5.Ход выполнения работы.
Лабораторная работа №4
1.Цели и задачи работы.
2.Что такое плавление, теплота плавления?
3.Описание установки.
4.Идея метода определения удельной теплоты плавления.
5.Объяснить расчетную формулу.
6.Ход выполнения работы.
Лабораторная работа №5
1.Цели и задачи работы.
2.Как зависит температура кипения от давления? Молярная теплота парообразования от температуры?
3.Как определяется зависимость молярной теплоты парообразования от температуры?
4.Ход выполнения работы.
ЧАСТЬ III. Установка ЛКТ-2
Лабораторная работа №1
1.Цели и задачи работы.
2.Понятие удельной и молярной теплоемкости.
3.Виды молярной теплоемкости.
4.Коэффициент Пуассона.
5.Расчетная формула для коэффициента Пуассона.
6.Ход выполнения работы.
127
Лабораторная работа №2
1.Цели и задачи работы.
2.В чем суть теплопроводности, как явления переноса?
3.Каков механизм теплопроводности в диэлектриках?
4.Физический смысл коэффициента теплопроводности.
5.Ход выполнения работы.
Лабораторная работа №3
1.Цели и задачи работы.
2.В чем суть внутреннего трения, как явления переноса?
3.Каков механизм внутреннего трения в жидкостях?
4.Идея метода капиллярного вискозиметра?
5.Ход выполнения работы.
Лабораторная работа №4
1.Цели и задачи работы.
2.В чем суть диффузии, как явления переноса?
3.Каков механизм диффузии в газах?
4.Идея метода определения коэффициента диффузии.
5.Ход выполнения работы.
Лабораторная работа №5
1.Цели и задачи работы.
2.Фаза, фазовое равновесие, фазовое превращение.
3.Условия испарения жидкости.
4.Теплота парообразования.
5.Ход выполнения работы.
Лабораторная работа №6
1.Цели и задачи работы.
2.Понятие внутренней энергии.
3.Первое и второе начало термодинамики.
4.КПД.
5.Ход выполнения работы.
ЧАСТЬ IV. Виртуальная лаборатория «Открытая физика»
Лабораторная работа №1
1.Цели и задачи работы.
2.Уравнение состояния, параметры состояния.
3.Адиабатический процесс.
4.Ход выполнения работы.
128
Лабораторная работа №2
1.Цели и задачи работы.
2.Скорость: средняя, средняя квадратичная, наивероятнейшая.
3.Зависимость скорости от температуры.
4.Ход выполнения работы.
Лабораторная работа №3
1.Цели и задачи работы.
2.В чем суть диффузии, как явления переноса?
3.Длина свободного пробега, эффективный диаметр.
4.Ход выполнения работы.
Лабораторная работа №4
1.Цели и задачи работы.
2.Понятие идеального газа и газа Ван-дер-Ваальса.
3.Физический смысл поправок в уравнении Ван-дер-Ваальса.
4.Изотермы Ван-дер-Ваальса.
5.Ход выполнения работы.
Лабораторная работа №5
1.Цели и задачи работы.
2.Цикл Карно.
3.КПД цикла Карно.
4.Ход выполнения работы.
Лабораторная работа №6
1.Цели и задачи работы.
2.Понятие идеального газа.
3.Параметры, характеризующие состояние идеального газа.
4.Ход выполнения работы.
Лабораторная работа №7
1.Цели и задачи работы.
2.Понятие политропического процесса.
3.Теплоемкость при политропическом процессе.
4.Ход выполнения работы.
129
Приложение 3
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ОТЧЕТА ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
ЧАСТЬ I. «Идеальный газ», «Реальный газ», «Явления переноса»
Лабораторная работа №1
1.Какой газ называется идеальным?
2.Сформулировать законы идеального газа?
3.Графически изобразить изобары, изохоры и изотермы для двух состояний и объяснить их различия.
4.Почему для определения R в данной работе необходимо измерения массы воздуха в баллоне делать при различных давлениях?
5.Каков физический смыл универсальной газовой постоянной R? В каких единицах она измеряется?
6.Вывести расчетную формулу.
7.Вывести формулу для расчета работы при изобарическом расширении газа.
8.Что такое внутренняя энергия идеального газа?
Лабораторная работа №2
1.Каков физический смысл постоянной Больцмана и числа Авогадро?
2.Перечислить основные положения молекулярно-кинетической теории.
3.Вывести основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа.
4.Может ли давление газа остаться неизменным, если число молекул газа и его температура уменьшается?
5.Существует ли какая-либо связь между энергией отдельных молекул газа и температурой?
6.От чего зависит точность результата лабораторной работы?
Лабораторная работа №3
1.Какие теплоемкости приходиться рассматривать и почему?
2.Сформулировать и пояснить первый закон термодинамики?
3.Как зависят удельные теплоемкости Ср и СV от молярной массы?
4.Как зависят Ср и СV от числа степеней свободы молекулы? Вычислить γ для двухатомного газа?
5.Изобразить графически адиабатический процесс.
130