![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Лабораторная работа 1. Определение коэффициента внутреннего трения и средней длины свободного пробега молекул воздуха.
- •Теоретическое введение
- •Теория метода измерений и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы.
- •Лабораторная работа 2 Определение коэффициента вязкости жидкости по методу Стокса
- •Теоретическое введение
- •Теория метода измерений и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 3 Определение коэффициента теплопроводности калориметрическим методом
- •Теоретическое введение
- •Теория метода измерений и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 4 Определение коэффициентов переноса электронного газа в металлах по их удельным сопротивлениям
- •Теоритическое введение
- •Теория метода измерений
- •Теория метода измерений и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 5 Определение универсальной газовой постоянной
- •Теоретическое введение
- •Теория метода измерений и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 6 Определение отношения методом Клемана- Дезорма.
- •Теоретическое введение
- •Теория метода измерения и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 7 Определение удельной теплоты плавления твердых тел
- •Теоретическое введение
- •Описание метода измерений и установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные работы
- •Лабораторная работа 8 Определение приращения энтропии при плавлении олова
- •Теоретическое введение
- •Описание метода измерений и установки
- •Порядок выполения работы
- •Контрольные вопросы
- •Министерство образования и науки
Теория метода измерения и описание установки
Установка,
применяемая в работе Клемана и Дезорма,
представляет собой стеклянный баллон
вместительностью в несколько литров
.
Баллон наполняется
воздухом при атмосферном давлении
и плотно закрывается пробкой. Баллон
берется настолько большим, чтобы можно
было пренебречь изменением объема газа
в коленах манометра. Сквозь пробку
проходят две трубки: одна из них соединена
с жидкостным манометром и краном
к насосу, вторая имеющая кран
соединена с окружающим пространством.
Отверстие крана
и трубки для выпускания сжатого воздуха
должны быть большими для того, чтобы
воздух выпускался за очень короткое
время, так как в противном случае процесс
нельзя считать адиабатическим. Жидкостью
в манометре является вода. Для
характеристики состояния газа мысленно
выделим внутри баллона произвольную
порцию газа ограниченную замкнутой
поверхностью. Эта поверхность на
изображена
пунктиром. Она играет роль оболочки, в
которую заключена рассматриваемая
порция газа. В различных процессах, газ,
заключенный в эту «оболочку», будет
расширяться и сжиматься, совершая работу
против давления окружающего газа и
обмениваясь с ним теплом.
Газ, заключенный
в сосуд («оболочку») последовательно
проходит через три состояния. Каждое
из этих состояний характеризуется
соответственно давлением
,
объемом
и температурой
.
Для определения
параметра первого состояния газа с
помощью насоса в баллон («оболочку»)
дополнительно накачивается небольшая
порция воздуха, затем кран
закрывается. За счет работы сжатия
выполненной внешней силой, температура
и давление воздуха в баллоне («оболочке»)
несколько повышается. Спустя короткое
время сжатый и нагретый воздух в баллоне
охлаждается до комнатной температуры
.
После этого водяным манометром измеряется
давлением газа в баллоне.
Обозначим это
давление
.
В момент отсчета давления
параметры характеризующие состояние
газа внутри «оболочки» имеют следующие
значения
.
1 состояние:
Затем на короткое
время открывают кран
,
при открытом кране
часть газа выйдет из баллона и его
давление
сравняется с атмосферным давлением
.
При этом теплообмен воздуха находящегося
в баллоне («оболочке») с окружающим
воздухом не успевает произойти, т.е.,
здесь имеет место адиабатическое
расширение воздуха
.
Воздух в баллоне «оболочке» расширяясь,
совершает работу против внешнего
давления за счет своей внутренней
энергии, благодаря чему, он охлаждается
до температуры
.
В течение этого кратковременного
процесса кран
открыт, параметры характеризующие
состояние газа внутри «оболочки» имеют
следующие значения
.
2 состояние:
Затем кран
быстро закрывается и через некоторое
время газ (воздух) в баллоне («оболочке»)
изохорически нагревается до комнатной
температуры
и его давление увеличивается. Пусть
давление газа в этот момент равно
,
процесс нагревания газа изображен на
,
изохорой 2-3, при этом точки 3 и 1 будут
на одной изотерме 1-3, конечное состояние
газа соответствует следующим значениям
параметров:
3 состояние:
По измеренным
давлениям
можно вычислить отношение теплоемкостей
Переход из первого состояния во второе совершается путем быстрого расширения, которое с достаточным приближением можно рассматривать как адиабатическое. Этот переход описывается дифференциальным уравнением адиабаты для идеального газа (20)
Заметим, что
разности давлений
и
в сотни и тысячи раз меньше атмосферного
давления
.
По этой причине для упрощения вычислений
с этими разностями можно обращаться
как с бесконечно малыми дифференциалами
(26)
(27)
Теперь уравнение (20) можно написать так
(28)
В состояниях же 1
и 3 температуры газа одинаковы. Поэтому
в этих состояниях произведение
одно
и то же, следовательно, соответствующие
изменения давления и объема связаны
соотношением
или
(29)
из этого соотношения совместно с предыдущим получаем
(30)
В эту формулу
входит отношение разностей давлений,
а поэтому безразлично в каких единицах
измерять давления. Проще всего разности
давлений измерять в миллиметрах водяного
столба с помощью манометра, как это
показано на рисунке. Из графика процесса
видно, что
(31)
(32)
С учетом этих формул для определения величины отношения теплоемкостей имеет такой вид:
(32)