- •Введение
- •Измерение физических величин и вычисление погрешностей
- •Определение погрешностей при прямых измерениях
- •Определение погрешностей при косвенных измерениях
- •Графическое изображение результатов работы
- •Оформление отчета по работе
- •Часть 1
- •Измерения и обработка результатов
- •Лабораторная работа №2 определение момента инерции махового колеса и силы трения в опоре
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы.
- •Контрольные вопросы
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4 опытная проверка уравнения бернулли
- •Краткая теория
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Краткая теория
- •Описание лабораторной установки.
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Лабораторная работа №7 определение коэффициента внутреннего трения газа, средней длины свободного пробега и эффективного диаметра его молекул
- •Теоретическое введение. При движении слоев газа параллельно друг другу с различными по величине скоростями между ними возникают силы внутреннего трения (закон Ньютона)
- •Теория метода
- •Порядок выполнения работы.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература
- •Лабораторная работа № 8 определение отношения удельных теплоемкостей газа методом адиабатического расширения.
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
Литература
Савельев И.В. “Курс общей физики”, Т.1
Шубин А.С. “Курс общей физики”
Грабовский Р.П. “Курс физики”
Лабораторная работа № 8 определение отношения удельных теплоемкостей газа методом адиабатического расширения.
Приборы и принадлежности: стеклянный баллон, манометр, насос.
Цель работы: определение показателя адиабаты (коэффициента Пуассона) методом Клемана-Дезорма для воздуха.
Теория метода и описание установки.
Удельной теплоемкостью С газа называется скалярная физическая величина, численно равная количеству теплоты Q, которое необходимо сообщить единице массы газа, чтобы увеличить его температуру на 1 К:
(1)
Величина теплоемкости газов зависит от условий нагревания. Выясним эту зависимость, воспользовавшись первым законом термодинамики, который гласит: количество теплоты Q, сообщенное системе, затрачивается на увеличение ее внутренней энергии и на работу А, совершаемую системой против внешних сил
(2)
При изохорическом (V=const) нагревании газа , следовательно, и А=0. Тогда все подводимое к газу тепло идет на увеличении его внутренней энергии:
Из формулы (1) следует, что
(3)
При изобарном (Р=const) нагревании газа тепло, сообщаемое газу идет и на увеличение внутренней энергии и на совершение газом работы против внешних сил:
,
поэтому (4)
Сравнивая уравнения (3) и (4), получаем .
Отношение удельных теплоемкостей при постоянном давлении и при постоянном объеме играет в термодинамике весьма важную роль. В частности оно входит в уравнение Пуассона, которое описывает адиабатическое расширение газа
(5)
В данной работе прелагается один из самых простых методов определения -
метод Клемана и Дезорма. Адиабатическим процессом называется процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой, т.е. считается, что процесс передачи тепла системе от окружающей среды отсутствует.
Экспериментальная установка состоит из стеклянного баллона А (рис. 1), соединенного с манометром В и с насосом.
Рис. 1
Если про помощи насоса накачать в баллон некоторое количество воздуха, то давление и температура воздуха внутри баллона повысятся. Вследствие теплообмена воздуха с окружающей средой через некоторое время температура воздуха, находящегося в баллоне, сравнятся с температурой внешней среды .
Давление, установившееся в баллоне
,
где Р - атмосферное давление;
Н - разность уровней жидкости в манометре;
В - коэффициент перехода от разности уровней к давлению.
Таким образом, состояние воздуха внутри баллона, которое назовем 1 состоянием, характеризуется параметрами
; и
Если на короткое время открыть кран С, то воздух в баллоне будет расширяться. Этот процесс расширения можно считать адиабатическим. Давление в баллоне установится равным атмосферному Р, температура газа понизится до , а объем будет равен .
Следовательно, в конце адиабатического процесса, что назовем 2 состоянием, параметры состояния газа будут Р; ,.
Применяя к 1 и 2 состояниям уравнение (5), получим:
или (6).
Охладившийся при адиабатическом расширении воздух в баллоне через некоторое время вследствие теплообмена нагреется до температуры внешней среды , давление возрастет до некоторой величины
,
где h- новая разность уровней в манометре.
Объем воздуха не изменится и будет равен .
Это состояние воздуха, которое назовем 3 состоянием, характеризуется параметрами
; ;
Так как в состояниях 1 и 3 воздух имеет одну и ту же температуру (процесс изотерический), то, применяя закон Бойля-Мариотта (PV=const), получим:
(P+вH)(P+вh)
Возведем обе части уравнения в степень : (7)
Решая совместно уравнения (6) и (7), получим:
Логарифмируя это выражение и решая относительно , находим
Так как давления Р, Р+вН и Р+вh мало отличаются друг от друга, то разности логарифмов можно принять пропорциональными разностям самих давлений и приближенно положить
(8)
Таким образом, экспериментальное определение сводится к измерению H и h, то есть формула (8) является расчетной формулой для определения коэффициента Пуассона