Контрольные вопросы

1. Какие процессы называются изохорическими, изобарическими, изотермическими, адиабатическими?

2. Почему в данной работе воздух можно считать идеальным газом?

3. Дайте понятие о степенях свободы.

4. Почему теплоемкость C_p>C_v?

5. Выведите рабочую формулу и формулу оценки погрешности для γ.

Литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1990. – 478с.

2. Конспект лекций.

Лабораторная работа № 10

Определение плотности воздуха и универсальной газовой постоянной методом откачки

Цель работы:1.Определение плотности воздуха при нормальных условиях и универсальной газовой постоянной методом откачки.

2.Вычислить погрешность измерения.

Приборы и принадлежности: колба с краном, манометр (вакуумметр), насос, термометр, лабораторные весы, разновесы.

Краткая теория

Плотность газа при 0⁰C можно определить по формуле:

(1)

где D – плотность воздуха;

m – масса воздуха;

V₀ – объем воздуха при 0⁰C.

Воздух является смесью газов. Если температура воздуха достаточно высокая (порядка комнатной температуры) и давление не выше атмосферного, то к нему применимы уравнения идеального газа.

Закон Бойля–Мариотта

(2)

Уравнение состояния идеального газа

(3)

Уравнение Менделеева–Клапейрона для произвольной массы газа

(4),

где p, V, T – соответственно давление, объем, температура;

C, B – постоянные;

R – универсальная газовая постоянная;

M – молекулярный вес.

Колбу объемом V₁, заполненную воздухом массой m₁, при атмосферном давлении p₁ и комнатной температуре T откачивают при неизменной температуре до давления

,

где p₂ – убыль давления в колбе.

Масса газа при этом становится равной m₂.

Пользуясь уравнением (2) можно записать:

(5)

где V – объем не выкачанного воздуха при атмосферном давлении;

p₁– p₂ – давление не выкачанного воздуха в колбе.

Отсюда:

.

Вычтя этот объем из объема колбы, получим объем выкачанного воздуха при атмосферном давлении.

Пользуясь уравнением (3), приводим этот объем воздуха к нормальным условиям (T₀ = 273,15 K, p₀ = 1,013·10⁵ Па)

.

Учитывая (5), получим:

.

Подставляя V₀ в (1), найдем:

, (6)

где m₁–m₂ – масса выкачанного воздуха.

Находим плотность воздуха D при нормальных условиях.

Пользуясь уравнением (4), можно написать:

–для первого состояния, (7)

–для второго состояния. (8)

Из уравнений (7) и (8) находим универсальную газовую постоянную:

. (9)

Соотношение (9) позволяет найти R, измерив, изменение массы (m₁–m₂), изменение давления в откачиваемой колбе p₂, температуру и объем.