4. Контрольные вопросы

1. Что называют числом степеней свободы тела?

2. Сколько и какие степени свободы имеют одно-, двух-, трех-, четырехатомные молекулы?

3. Какой газ называют идеальным?

4. Что такое внутренняя энергия идеального газа и как она зависит от числа степеней свободы молекул, составляющих газ?

5. В чем заключается различие понятий внутренней энергии, теплоты и работы?

6. Сформулируйте первой начало термодинамики. Содержит ли первый закон термодинамики возможность построения вечного двигателя? Ответ поясните.

7. Дайте определение изохорному и изобарному процессам. Изобразите графические зависимости между термодинамическими параметрами для этих процессов.

8. Что такое теплоемкость? Как она зависит от способа нагревания газа?

9. Выведите формулы для определения молярной теплоемкости при изохорном и изобарном процессах.

10. Дайте определение молярной и удельной теплоемкостям, укажите связь между ними.

11. Объясните методику измерения теплоемкости воздуха при постоянном давлении методом протока.

Лабораторная работа № 3 определение молярной массы и плотности воздуха методом откачки

Цель работы: с помощью метода откачки экспериментально определить молярную массу и плотность воздуха.

Оборудование: экспериментальная установка ФТП1-12.

1. Краткая теория и методика выполнения работы

Опытным путем французским ученым Б. П. Э. Клапейроном в 1834 г. было установлено, что при комнатной температуре и атмосферном давлении параметры состояния газов (,,) довольно хорошо подчиняются уравнению:

, (3.1)

где – константа, пропорциональная массе газа. Причем, чем меньше плотность газа, тем точнее выполняется это уравнение.

У разреженных газов молекулы практически не взаимодействуют между собой. Газ, молекулы которого считают материальными точками и пренебрегают взаимодействием между ними силами притяжения и отталкивания, называют идеальным газом. Такой газ строго подчиняется уравнению (3.1), которое называется уравнением состояния идеального газа.

Согласно закону Авогадро при нормальных условиях (⁰С, =1 атм.) моль любого газа занимает один и тот же объем – 22,4 литра. Один моль газа – это такое количество газа, в котором содержится столько же структурных единиц (атомов, молекул), сколько атомов содержится в изотопе углеродамассой 0,012 кг. Следовательно, когда количество газа равно 1 моль, константав уравнении (3.1) будет одинаковой для всех газов. Эту константу обозначают черези называют универсальной газовой постоянной. Запишем уравнение состояния идеального газа следующим образом:

, (3.2)

где – объем 1 моля газа.

Из закона Авогадро можно определить значение универсальной газовой постоянной:

. (3.3)

Для произвольной массы газа уравнение состояния записывается в виде:

, (3.4)

где – объем газа массой,– молярная масса газа (масса 1 моля газа),– число молей газа. Это уравнение называется уравнением Менделеева–Клапейрона.

Уравнение состояния идеального газа можно также представить в виде:

, (3.5)

где – концентрация молекул газа,– число молекул газа, находящихся в объеме,– постоянная Больцмана,– число молекул в 1 моле газа (число Авогадро).

Отношение массы газа к занимаемому им объему определяет его плотность: . Из формулы (3.4) плотность идеального газа можно выразить так:

. (3.6)