Теория метода и описание установки

Универсальную газовую постоянную можно определить из уравнения Менделеева-Клапейрона:

PV =

Все параметры газа, входящие в уравнение, можно измерить непосредственно за исключением массы газа, так как взвешивание возможно только вместе с сосудом, в который заключен газ.

Поэтому для определения R из уравнения необходимо исключить массу сосуда. Это можно сделать, рассмотрев уравнения состояния двух масс M_l и М₂ одного и того же газа при неизменных температурах и объеме V. Рассмотрение уравнения состояния Мендпеева-Клапейрона для двух значений массы газа дает следующее выражение для универсальной газовой постоянной:

R = (*)

Следовательно, если определить давление P₁ и температуру Т для некоторой массы M₁, заключенной в сосуде объемом V, а затем изменить массу M₁ газа в том же сосуде до величины М₂ (например, путем откачки или нагнетания газа), и вновь определить давление Р₂ при той же температуре Т, то по формуле (*) легко рассчитать универсальную газовую постоянную.

Общий вид представлен на рис. 8.

Рис. 8

Выполнение работы

1. Взвесить колбу на аналитических весах и определить суммарную массу (М_о + M₁) колбы (М_о) и содержащегося в ней воздуха (M_l).

2. Соединить колбу с манометром и насосом и откачать (или накачать) воздух до некоторого давления Р₂. При этом манометр показывает разность между атмосферным давлением P₁ и давлением в колбе Р₂.

3. Закрыть краны и на аналитических весах вновь определить суммарную массу (М_о + M₁) колбы (М_о) и содержащегося в ней воздуха (М₂).

4. Определить массу откаченного воздуха как разность:

(М_о + М₁) - (М_о + М₂) = М₁ – М₂.

5. Измерить температуру воздуха в лаборатории.

6.Подсчитать по формуле (*) универсальную газовую постоянную.

7. Опыт произвести не менее трех раз.

8. Все данные внести в таблицу.

9. Рассчитать среднее значение R и сравнить его с теоретическим значением.

10. Определить основные источники погрешности при измерениях и оценить точность определения R.

Контрольные вопросы

1. Изопроцессы. Законы, которым они подчиняются. Графики процессов.

2. Уравнение Менделеева-Клапейрона. Каков физический смысл величин, входящих в это уравнение? Как из этого уравнения получить законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля?

3. Физический смысл, единицы измерения, численное значение универсальной газовой постоянной.

1. Чем отличается идеальный газ от реального?

5. Что такое моль? Киломоль? Какое количество молекул находится в 1 киломоле и 1 моле вещества? Объем моля и киломоля газа при нормальных условиях.

5. Что такое 1 атм; 1 ат? Соотношения этих единиц измерения давления с другими.

5. Цель данной лабораторной работы. Какие физические величины непосредственно измеряются на опыте?

5. Как в данной работе определяется масса выкаченного газа? Какое давление показывает манометр?

Литература

1. Савельев И. В. Курс общей физики: Учебное пособие.T l. - М.: Наука, 1986. - 432 с.

Лабораторная работа № 5

Определение отношения C_p/C_v методом

адиабатического расширения

Введение

С

(1)

огласно I начала термодинамики, количество энергии, сообщенное системе в процессе теплообмена dQ, идет на изменение ее внутренней энергии dU и на совершение системой работы dA против внешних сил:

dQ = dU + dA.

Количество теплоты, необходимое для нафевания одного киломоля газа на один градус, определяется молярной теплоемкостью -С.

Величина теплоемкости зависит от условий нагревания. Различают два вида теплоемкостей: С_р - молярная теплоемкость при постоянном давлении и C_v - молярная теплоемкость при постоянном объеме, связанных между собой уравнением:

C_p = C_v + R, (2)

где R - универсальная газовая постоянная, численно равная работе, совершаемой при нагревании одного моля идеального газа на один Кельвин при постоянном давлении.

Процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой (dQ = 0), называется адиабатическим. Он описывается уравнением Пуассона:

р = const, (3)

где

Работа адиабатического процесса, как следует из I начала термодинамики (3), совершается только за cчет изменения внутренней энергии:

dA = dU. (4)

Полная работа адиабатического процесса может быть вычислена

по формуле:

A = . (5)

Приборы и принадлежности: жидкостный манометр, закрытый стеклянный баллон с трехходовым краном, насос.