3. Сформулировать коротко суть метода Клемана и Дезорма применительно к определению коэффициента Пуассона –

Cp CV . Почему и как при адиабатическом изменении объёма газа изменяется его температура?

Вопросы и задания к защите лабораторной работы

1.Предложить перечень возможных источников погрешности метода и способы их минимизации.

2.Показать, что политропический процесс является обобщением различных изопроцессов. Вывести формулу молярной теплоёмкости газа для политропического процесса.

Библиогр.: [1]; [2, § 81-88]; [4, § 13-15, 16, 18-22]; [5, § 9.3-9.6].

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ C p CV МЕТОДОМ

КЛЕМАНА И ДЕЗОРМА С ПОМОЩЬЮ УСТАНОВКИ ФПТ1-6Н13

Цель работы – изучить тепловые процессы в идеальном газе, ознакомиться с методом Клемана и Дезорма и экспериментально определить отношения молярных теплоёмкостей воздуха при постоянных давлении и объёме.

Приборы и принадлежности: экспериментальная установка ФПТ1-6н.

Описание экспериментальной установки и вывод расчётной формулы

Для определения величины C p CV воздуха в работе при-

меняется метод Клемана и Дезорма. Внешний вид панели прибора и принципиальная схема экспериментальной установки ФПТ1-6н представлена на рис. 12.1.

13 Перед тем, как приступать к изучению этой работы, следует изучить «Краткие сведения из теории» (с. 76–80).

93

Рис. 12.1

На передней панели прибора расположены: клавиша «Сеть» для питания установки; клавиша «Компрессор» для нагнетания воздуха в сосуд (емкость объёмом V = 3500 см3), расположенный в полости корпуса; пневмоклапан «Атмосфера», позволяющий на короткое время соединять сосуд с атмосферой; измеритель давления с помощью датчика давления в сосуде; двухканальный измеритель температуры, позволяющий измерять температуру окружающей среды и температуру внутри сосуда.

Если при помощи насоса накачать в сосуд некоторое количество воздуха, то давление и температура воздуха внутри сосуда повысятся. Вследствие теплообмена воздуха с окружающей средой через некоторое время температура воздуха, находящегося в сосу-

де, сравняется с температурой T0 внешней среды. Давление, установившееся в сосуде, равно: p1 p0 p , где p0 – атмосферное

94

давление, p – добавочное давление. Таким образом, воздух внутри сосуда характеризуется параметрами p0 p , V0 , T0 , а уравнение состояния (III) имеет вид

Если на короткое время (≈ 3 с) открыть пневмоклапан «Атмосфера», то воздух в сосуде будет расширяться. Этот процесс расширения можно рассматривать как подключение к сосуду дополнительного объёма V . Давление в сосуде станет равным атмо-

сферному p0 , температура понизится до T1 , а объём будет равен: V0 V . Следовательно, в конце процесса уравнение состояния примет вид

Разделив (12.2) на (12.1), получим

Расширение происходит без теплообмена с внешней средой, т.е. процесс является адиабатическим, поэтому для начального и конечного состояний системы справедливо соотношение

p0 p V0 p0 V0 V или

Охладившийся при расширении воздух через некоторое время вследствие теплообмена с внешней средой нагреется до комнатной температуры T0 (изохорический процесс). Давление возрастёт до

некоторой величины p2 p0 p , где p – новое добавочное дав-

ление. Для воздуха массой m , оставшегося в сосуде, уравнение состояния в начале нагрева

Проделав несложные математические преобразования, получим расчётную формулу для в данной работе:

96

Порядок выполнения работы

1.Подать на установку питание, включив переключатель «Сеть». При этом переключатель будет подсвечен.

2.Включить подачу воздуха в сосуд переключателем «Компрессор». При этом будет слышен шум работающего компрессора

иподсветится корпус переключателя.

3.По измерителю давления контролировать рост давления в сосуде. Когда давление стабилизируется, отключить компрессор.

4.После стабилизации давления и температуры в сосуде

снять показания измерителя давления ( p ).

5.На короткое время соединить сосуд с атмосферой, повернув пневмоклапан «Атмосфера» по часовой стрелке до щелчка один раз.

6.После стабилизации процесса снять показания измерителя давления ( p ).

7.Повторить эксперимент пп. 2-6 пять раз. Данные занести в табл. 12.1.

Таблица 12.1

8. Выключить переключатель «Сеть».

Обработка и анализ результатов измерений

1. Подставить в формулу (12.11) полученные значения p и p , взятые из каждого отдельного опыта, вычислить 1 , 2 и т.д. Результаты занести в табл. 12.1.

2. Вычислить погрешность результата исходя из разброса величины , полученной в опыте.

97