Порядок работы

1. Микрометром измеряют диаметр одного шарика. Затем опускают

шарик в цилиндр в середине поверхности жидкости.

2. Следя за падением шарика в жидкости, включить секундомер при

прохождении верхней метки и выключить при прохождении нижней

метки. Отсчитываем время падения шарика t.

3. Измерить расстояние между метками с точностью до 1мм

и определить скорость по формуле u₀ = /t

4. В расчетную формулу (8) подставить среднее значение измеряемых

величин. Остальные величины, входящие в формулу, берут из

таблицы: плотность глицерина r₁ = 1,26·10³ кг/м³,

плотность свинца r = 11,4·10³ кг/м³.

4. Опыт повторить 3-5 раз. Результаты измерений занести в таблицу.

Таблица

№ п/n	r, м	, м	t, c	υ0 м/с	h кг/м·с	hср кг/ м·с	h кг/ м·с	hср кг/ м·с	100%
1. 2. 3.

Контрольные вопросы

1. Как возникают силы внутреннего трения?

2. Записать формулу явления переноса импульса (внутреннего трения).

3. Определить физический смысл коэффициента вязкости. Единица

измерения коэффициента вязкости в системе СИ?

4. Как зависит коэффициент вязкости от температуры?

5. Вывести расчетную формулу коэффициента вязкости.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а №15

Определение отношения удельных теплоемкостей газа методом адиабатического расширения

Ц е л ь р а б о т ы: определение показателя адиабаты для воздуха

П р и б о р ы: стеклянный сосуд, ручной насос, манометр

Т е о р и я м е т о д а

Изменение состояния идеального газа связано с изменением его параметров. Согласно 1 закона термодинамики, количество теплоты , сообщенное системе, идет на увеличение внутренней энергии системы и на совершение термодинамической работы

(1)

Количество теплоты, необходимое для нагревания единицы массы вещества на один градус, называется удельной теплоемкостью:

(2)

Удельная теплоемкость газа зависит от условий, при которых происходит нагревание. Различают теплоемкости (удельную и молярную) при постоянном давлении (c_p и ) и при постоянном объеме (c_v и ). Для жидких и твердых тел, объем которых мало изменяется по сравнению с газом, значенияиблизки друг к другу по величине. Для разного рода практических расчетов их можно считать одинаковым. Сообщенное при постоянном давлении тепло идет на совершение работы и на изменение внутренней энергии, а при постоянном объеме – только на изменение внутренней энергии. Поэтому, а их отношение больше единицы и зависит от количества атомов, составляющих молекулу. Теплоемкости могут быть выражены через степени свободы молекул (число независимых переменных, полностью определяющих положение системы в пространстве):

(3)

Отношение теплоемкостей газа при постоянном давлении и постоянном объеме играет в термодинамике важную роль. В частности, оно входит в уравнение Пуассона, которое описывает адиабатный процесс.

(4)

Процесс, при котором отсутствует теплообмен между системой и окружающей средой, называется адиабатным, т.е. .

В случае адиабатного процесса из уравнения (1):

1) - работа внешних сил увеличивает внутреннюю энергию газа.

2) - газ совершает работу за счет убыли внутренней энергии системы

Одним из простых методов определения пока-зателя адиабаты является метод Клемана-Дезорма. Экспериментальная установка сос-тоит из стеклянного баллона, соединенного с водяным манометром и насосом. Посредством крана баллон может быть соединен с атмосферой. Если в баллон накачать некоторое количество воздуха, то давление и температура в баллоне повысятся, но в результате теплообмена с внешней средой через некоторое время температура воздуха в баллоне сравнивается с температурой окружа-

ющей среды , а давление, где- атмосферное давление,- избыточное давление, измеряемое разностью уровней жидкости в манометре. Таким образом, первое состояние газа определяется параметрами,,. Если открыть кран на короткое время, то воздух будет расширяться до объема, давление упадет до атмосферногои температура понизится до. Это будет второе состояние. Процесс перехода из состояния 1 в состояние 2 протекает очень быстро, поэтому его можно считать адиабатным. Согласно уравнению Пуассонаили(5)

Через некоторое время газ нагреется вследствие теплообмена до температуры окружающей среды и давление возрастет до, где-новая разность уровней жидкости в манометре. Это новое третье состояние газа характеризуется параметрами . Так как в первом и третьем состояниях температура одинакова, то параметры этих состояний можно связать уравнением Бойля-Мариотта:

или (6)

Подставляя отношение объемов из уравнения (6) в уравнение (5) получим

Прологарифмируем это выражение и найдем показатель адиабаты

Так как значения давления мало отличаются друг от друга, в первом приближении разность логарифмов заменим разностью самих величин:

или (7)

П о р я д о к р а б о т ы

1. Убедиться, что уровни воды в манометре доведены до нулевого

уровня.

2. Закрыть кран и нагнетать воздух в баллон до тех пор, пока

разность уровней воды в манометре не достигнет 200 мм.

3. Выждать, пока уровни воды в манометре не установятся. Отсчитать

установившуюся разность уровней .

4. Быстро открыть кран и как только уровни воды в манометре

сравняются – закрыть кран. Когда давление окончательно

установится, замерить новую разность уровней в манометре .

5. Опыт повторить 7-9 раз. Вычислить по формуле (7) ,и ошибки.

Результаты занести в таблицу.

Таблица

№ п/п	h1 мм	h2 мм	g	gср	Dg	Dgср
1
2
3
4
5
6
7