Задание

1. Запустите работу.

2. Установите на пульте термостата температуру регулирования 20С, включите термостат в режим "НАГРЕВ" и "ЦИРК".

3. Откройте регулирующий вентиль 8 настолько, чтобы избыточное давление составило 810 атм. Запишите показания манометра. Откройте кран 7.

4. Через несколько минут после подачи давления, когда полностью затухнут переходные процессы, запишите показания дифференциального термометра.

5. При помощи вентиля 8 установите давление на 1 атм. меньше первоначального. Через несколько минут, когда установятся давление и разность температур, вновь запишите показания манометра и дифференциального термометра.

Результаты измерений занести в таблицу:

Физ. величина	Т	Р1	Р2	Р	Т		a	b	ТИНВ	ТКР
Ед. измерений Номер опыта	оС	Па	Па	Па	оС				К	К
1
…
n

6. Проведите измерения для нескольких (5-7) значений давления при комнатной температуре.

7. Отложив полученные точки на графике , по наклону графика определите коэффициент Джоуля-Томсона для выбранной вами температуры.

8. Окончив измерения при комнатной температуре, закройте кран 7 и установите на термостате температуру 4050C.

9. Когда температура установится и установка войдет в стационарный режим, повторите измерения, как указано в пунктах 3-7.

10. Окончив измерения, проделайте такие же измерения, как указано в пунктах 3—7, для температуры 7080C.

11. Используя формулу () и экспериментальные данные, полученные при трех значениях температуры, определите постоянные a и b для углекислого газа по двум парам температур.

Найдите идля углекислого газа при помощи формул

12. Сравните полученные значения с табличными (табличные данные соответствуют измерению при критической температуре).

Что можно сказать на основании ваших измерений о точности уравнения Ван-дер-Ваальса? Т_ИНВТ_КР

Работа № 13 Исследование диффузии газов

Цель работы:

1) регистрация зависимости концентрации гелия в воздухе от времени с помощью датчиков теплопроводности при разных начальных давлениях смеси газов;

2) определение коэффициента диффузии по результатам измерений.

Диффузией называется самопроизвольное перемешивание молекул, происходящее вследствие их теплового движения. В жидкости диффузия происходит быстрее, чем в твердых телах, а в газах - быстрее, чем в жидкостях. В тех случаях, когда изучается перемешивание молекул одного сорта, говорят о самодиффузии, а если перемешиваются разные молекулы — о взаимной (или концентрационной) диффузии.

Для исследования взаимной диффузии газов и определения коэффициента диффузии используется установка, изображенная на рисунке (подробное описание отдельных узлов приводится в следующем разделе).

Два сосудаис объемами по 500 мл соединены трубкой длины10 см и диаметром1 см. Сосуды заполнены смесью двух газов при одинаковом давлении, но с различной концентрацией компонентов. Вследствие взаимной диффузии концентрации каждого из компонентов в обоих сосудах с течением времени выравниваются.

Рассмотрим процесс выравнивания концентрации. Пусть концентрации одного из компонентов смеси в сосудах иравны соответственнои. Плотность диффузионного потокалюбого компонента (т. е. количество вещества, проходящее в единицу времени через единичную поверхность) определяется законом Фика:

[1]

где - коэффициент взаимной диффузии газов, а- плотность потока частиц. Поскольку объем соединительной трубки мал по сравнению с объемами сосудов и концентрацию газов внутри каждого сосуда можно считать постоянной по всему объему, диффузионный потокв любом сечении трубки может считаться одинаковым. Поэтому производную от концентрации можно заменить отношением разности концентраций на длину трубки:

и[2]

Обозначим через иизменения концентрации в объемахиза время. Тогдаравно изменению количества компонента в объеме, аравно изменению количества этого компонента в объеме. Из закона сохранения вещества следует, что, следовательно. Эти изменения происходят вследствие диффузии, поэтому

и[3]

Разделив [3] на и вычтя из первого соотношения второе получим:

[4]

После интегрирования [4], учитывая что получим для разности концентраций:

[5]

где - разность концентраций в начальный момент времени;

- постоянная времени процесса.

Формула [5] показывает, что разность концентраций убывает по экспоненциальному закону, и тем быстрее, чем меньше (постоянная времени процесса). Величинаопределяется геометрическими размерами установки (,,) и величиной коэффициента диффузии.

Основную проблему при исследовании диффузии представляет определение концентрации газа. В данной установке, для определения концентрации газа применяются датчики теплопроводности, принцип действия которых основывается на зависимости теплопроводности газовой смеси от ее состава. Работает датчик следующим образом. Тонкая проволочка, протянутая вдоль оси стеклянного цилиндра, нагревается током. Тепло от проволочки к стенке цилиндра переходит главным образом вследствие теплопроводности газа, находящегося внутри цилиндра. При фиксированном режиме нагревания (=const) температура проволочки и соответственно ее сопротивление определяются теплопроводностью газа и, следовательно, его составом. Для измерения разности концентраций газов используется мостовая схема. В процессе диффузии разность концентраций убывает по закону 5, по тому же закону будут изменяться с течением времени показания гальванометра (в делениях шкалы):

[6]

Недостаток используемого метода заключается в том, что он дает приемлемую точность измерения при условии, что начальная концентрация гелия составляет около 10% от всего количества газа в объеме, что требует тщательного приготовления газовой смеси нужной концентрации.