Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
LabPract(roomB) / LAB26.doc
Скачиваний:
46
Добавлен:
05.06.2015
Размер:
2.68 Mб
Скачать

Описание установки

Экспериментальная установка для проведения изопроцессов показана на рис. 1. Объектом исследования является воздух внутри газового шприца 1 объёмом 100 мл. Объём воздуха ограничен поршнем 2. Шприц находится внутри стеклянного корпуса 3. Пространство между шприцом и стенками корпуса заполняют водой. Температуру воды можно изменять с помощью нагревателя 4, расположенного под нижней частью стеклянного корпуса 3. При нагреве воду перемешивают магнитной мешалкой 5, обеспечивая таким образом равномерный прогрев воздуха в шприце. Давление воздуха контролирует датчик 6. Датчик давления 6 соединён со шприцом посредством короткой трубки-переходника. В специальное отверстие в верхней части корпуса 3 помещают полупроводниковый датчик температуры 7. Нижняя часть датчика 7 должна быть погружена в воду. Датчик давления 6 подключают ко входу S1, а датчик температуры 7 ко входуS2 электронного блокаCobra-3 (8). Блок 8 является универсальным интерфейсом для контроля, измерения и обработки результатов эксперимента. Это устройство через информационный кабель 9 передаёт в компьютер показания датчиков.

Изотермический процесс проводится при комнатной температуре. В этом исследовании вручную изменяют объём воздуха в шприце, перемещая поршень 2. Значение объёма можно определить по шкале, нанесённой на шприц. Текущее значение давленияизмеряется датчиком 6.

При изохорном процессе нагревают воду, находящуюся в стеклянном корпусе 3. Если скорость нагрева не велика, температура воздуха в шприце равна температуре воды. При нагревании поршень будет перемещаться, чтобы выровнялись давления воздуха снаружи и внутри шприца. После повышения температуры на заданную величину поршень нужно вернуть в исходное положение и, удерживая его, зафиксировать значения давления и температуры.

При изобарном процессе измеряется зависимость объёма воздуха от температуры при атмосферном давлении. Для этого в процессе нагревания в шприце вручную устанавливается объём, который требует программа в очередном цикле измерений. Значение температуры сохраняется в тот момент, когда датчик давления фиксирует равенство давления воздуха внутри шприца атмосферному давлению.

Экспериментальная часть

Упражнение 1.Изотермический процесс.

1. Для подготовки к эксперименту выполните все пункты первой части Приложения.

2. Проведение изотермического процесса.

2.1. В окне «Объём V» отображается значение объёма, при котором надо сделать первое измерение. Переместите вращательным движением поршень шприца, чтобы установить соответствующий объём. Сделайте измерение: удерживая поршень, нажмите кнопку «Сохранить значение» в окне «Измерение». Программа«Measure»запомнит текущие показания датчиков давления и температуры, а также объём.

2.2. В окне «Объём V» появится значение объёма, при котором нужно провести следующее измерение. Переместите поршень шприца вправо до этого объёма. Измерьте новое давление и температуру, нажав кнопку «Сохранить значение».

2.3. Постепенно увеличивайте объём воздуха в шприце. Сохраняйте результаты измерения, нажимая кнопку «Сохранить значение». Измеренные значения будут отображаться на графике в соответствующем окне. Сделайте 10÷15 измерений. По окончании отпустите поршень.

2.4. В окне «Измерения» нажмите кнопку «Закрыть». На экране появится окно с графиками зависимостейот номера измерений.

2.5. На панели инструментов нажмите кнопку «Таблица». Появится окно со всеми измеренными значениями.Перепишите в тетрадьдавление, температуруи объём, значения которых соответствует, примерно, среднему объёму в выполненном эксперименте. Эти значения нужны для расчета погрешности. Закройте окно с таблицей данных.

3. Определение количества воздуха в шприце.

Как следует из уравнения состояния идеального газа (8), в изотермическом процессе давление будет линейно зависеть от величины :

,

где − угловой коэффициент приведённой линейной функции. По известному значениюможно найти− количество воздуха в шприце при изотермическом процессе.

Рис. 2. Окно «Управление каналами».

По экспериментальным значениям давления и объёма постройте в программе«Measure» график. Для этого выберите пункт меню «Измерение»−>«Управление каналами». Щелчком мыши выберете поле («ось x»; «Адресат»). Оно выделится синим цветом. Затем в поле («ось y»; «Источник») выделите мышьюи нажмите кнопку «». В результате величинастанет аргументом будущего графика. Далее в поле («ось y»; «Источник») выделите «Давление » и кнопкой «» определите давление как ординату создаваемого графика (рис. 2). Нажмите «Да», появится служебное окно, снова нажмите «Да», на экране отобразится график зависимости(рис. 3).

Уравнение аппроксимирующей прямой

Параметры дисплея

Регрессия

Таблица

Символ■

Рис. 3. Зависимостиоти аппроксимирующая прямая.

Отобразите экспериментально измеренные точки. На панели инструментов нажмите кнопку «Параметры дисплея» (рис. 3). В открывшемся окне, в пункте «Символы», выберите символ● и нажмите «Да». Местоположения этого символа на графике будут соответствовать измеренным значениями.

В программе «Measure» реализована возможность аппроксимации дискретного множества измеренных величин линейной функцией. На панели инструментов нажмите кнопку «Регрессия». На экране появится аппроксимирующая прямая и её уравнение (рис. 3). Передвигая мышью символ «■», выберите наиболее подходящую область аппроксимации. Запишите получившееся уравнение в тетрадь. Покажите график преподавателю. Зарисуйте его в тетрадь.

Рассчитайте среднее значение количества воздуха в шприце:

,

где − угловой коэффициент аппроксимирующей прямой. Все вычисления необходимо проводить в международной системе единиц (СИ). Например, 1 мл = 10-3 л = 10-6 м3.

При расчёте абсолютной погрешности учтите следующее. Погрешность объёма определяется толщиной риски на поршне шприца. Рекомендуется считать, что мл. Погрешность давления и температуры зависит как от погрешности калибровочных значений,, так и от приборной погрешности соответствующих датчиков. Проверьте, что погрешности калибровочных значений равныгПа иК8. По данным производителя погрешность датчиковгПа иК. В итогегПа,К. Запишите значения,ив тетрадь.

Рассчитайте относительную погрешность , используя значенияp, V иT из пункта 2.5. Рассчитайте абсолютную погрешность. Запишите результат в видемоль.

Упражнение 2.Изохорный процесс (выполняется бригадами с нечётным номером).

1. Для подготовки к эксперименту выполните все пункты второй части Приложения.

2. Проведение изохорного процесса.

2.1. Сделайте первое измерение: перемещая вращательным движением поршень, доведите объем в шприце до 50 миллилитров, в окне «Измерение» нажмите кнопку «Сохранить значение».

2.2. Включите нагреватель (рис. 1)9. В процессе нагрева не забывайте перемешивать воду в стеклянном корпусе с помощью магнитной мешалки.

2.3. После каждого увеличения температуры на К устанавливайте объем воздуха в шприце в 50 миллилитров, перемещая поршень вращательным движением. Сохраняйте результат измерения давления и температуры, нажимая кнопку «Сохранить значения».

2.4. При температуре примерно 360 К выключите нагреватель.

2.5. В окне «Измерения» нажмите кнопку «Закрыть». На экране появится окно с графиками зависимостейот номера измерения.

3. Определение количества воздуха в шприце.

Как следует из уравнения состояния идеального газа (8), в изохорном процессе давление линейно зависит от температуры:

,

где − угловой коэффициент приведённой линейной функции. По угловому коэффициентуможно найти− количество воздуха в шприце при изохорном процессе.

На панели инструментов нажмите кнопку «Таблица». Появится окно со всеми измеренными значениями. Перепишите в тетрадь значение давленияи температурыне менее чем в пяти экспериментальных точках. Закройте окно с таблицей данных.

На миллиметровой бумаге постройте график зависимости . Интервал значений температурына оси абсцисс рекомендуется такой, чтобыК. Интервал значений давленияна оси ординат рекомендуется следующий: гПа.Обозначьте на графике поля погрешностей. Значения,,возьмите в первом упражнении. Определите угловой коэффициентПа/К. Зная, определите. При расчетёучтите, чток объёму шприца 50 мл нужно прибавить 1 мл– это объём короткой трубки-переходника. Сравнитесо значением.

4. Определение .

Из (8) и (9) следует, что температурный коэффициент давления связан суравнением. Экстраполируйте прямые с максимальным и минимальным угловым коэффициентом до оси ординат. Определите− давление воздуха при температуреК − и погрешность этого давления. Рассчитайтеи сравните его с теоретическим значением, приведенным в уравнении (11), сделайте выводы.

Упражнение 3.Изобарный процесс (выполняется бригадами с чётным номером).

1. Для подготовки к эксперименту выполните все пункты третьей части Приложения.

2. Проведение изобарного процесса.

2.1. Проверьте равенство объёма шприца значению объёма на экране монитора. Сделайте первое измерение: в окне «Измерение» нажмите кнопку «Сохранить значение». Программа«Measure»сохранит текущие значения параметрови. В окне «Объём V» появится значение объёма, при котором нужно провести следующее измерение.

2.2. Запишите в тетрадь показание датчика давления.

2.3. Включите нагреватель10. В процессе эксперимента не забывайте перемешивать воду в стеклянном корпусе с помощью магнитной мешалки. Вручную перемещая поршень, установите величину объёма равную значению, заданному в окне «Объём V».

2.4. Когда показание датчика давления станет равно значению давления, записанному в тетрадь в пункте 2.2, нажмите кнопку «Сохранить значение». Возможно, что перед этим потребуется дополнительная регулировка положения поршня.

2.5. Следя за увеличением значения объёма в окне «Объём V», устанавливайте соответствующий объём в шприце. Выполняйте очередное измерение,когда давление будет достигать величины, зафиксированной в п.2.2

2.6. После достижения температуры 360 К выключите нагреватель.

2.7. В окне «Измерения» нажмите кнопку «Закрыть». На экране появится окно с графиками зависимостейот номера измерения.

3. Определение количества воздуха в шприце.

Как следует из уравнения состояния идеального газа (8), в изобарном процессе объём будет линейно зависеть от температуры:

,

где − угловой коэффициент приведённой линейной функции. По угловому коэффициентуможно найти− количество воздуха в шприце при изобарном процессе.

На панели инструментов нажмите кнопку «Таблица». Появится окно со всеми измеренными значениями. Перепишите в тетрадь значение объёмаи температурыне менее чем в пяти экспериментальных точках. К каждому значениюобъёма шприца нужно прибавить 1 мл– это объём короткой трубки-переходника. Закройте окно с таблицей данных.

На миллиметровой бумаге постройте график зависимости . Интервал значений температурына оси абсцисс рекомендуется такой, чтобыК. Интервал значений объёмана оси ординат рекомендуется следующий: мл.Обозначьте на графике поля погрешностей. Значения,,возьмите в первом упражнении. Определите угловой коэффициентм3/К. Зная, определите. Сравнитесо значением.

4. Определение .

Из (8) и (10) следует, что температурный коэффициент объёмного расширения связан суравнением. Экстраполируйте прямые с максимальным и минимальным угловым коэффициентом до оси ординат. Определите− объём воздуха при температуреК − и погрешность этого объёма. Рассчитайтеи сравните его с теоретическим значением, приведенным в уравнении (11), сделайте выводы.

Соседние файлы в папке LabPract(roomB)