Лабораторна робота №3 Дослідження процесу, що протікає при постійній температурі

Мета роботи: закріпити і поглибити знання про зміну параметрів стану ідеального газу термодинамічних процесів при постійній температурі.

Дана лабораторна робота виконується на лабораторній установці, опис якої і операції, що виконуються при підготовці установки до роботи, викладено в лаб. роб. № 2

Робота з установкою

Визначальною особливістю роботи з установкою, що описана в лабораторній роботі № 2 і використовується для виконання даної роботи, є те, що першу серію дослідів виконують при умові, що з термостату видалена рідина і нагрівач не використовують для зміни температури процесу.

Друга серія вимірювань виконується при зануренні колби в рідину, яка заповнює термостат, і проведенні експериментів при різних температурах газу. Капілярну трубку в місці приєднання до колби необхідно оснастити краником і теплоізолювати. Підігрів повітря в колбі і доведення його до постійної тем-ператури здійснюють при закритому крані. При стабілізації температури повітря, яке підігрівається в колбі, відкривають краник і визначають параметри газового стану при зменшенні тиску газу в колбі (при опусканні рухомого плеча), а потім при збільшенні тиску газу в колбі до тих же значень (при піднятті рухомого плеча).

Етапи роботи

1-ий випадок: в термостаті відсутня рідина, вся установка знаходиться при стаціонарній температурі, рівній температурі приміщення.

1. Визначають параметри газового стану при тиску газу в колбі рівному баро-метричному Р = В, Па. Для цього зрівноважують рівні рідини в обох плечах U-подібного манометра (Δh = 0 ) шляхом підняття або опускання рухомого плеча.

Параметри, що фіксуються: Р₀=B,Па, де В - барометричний тиск;

T_о=273,15+ t_o,°С - температура газу в колбі, де t_о,°С - показання термометра, опущеного в колбу; V_O=V_K+V_И - об'єм газу в установці, який знаходиться під барометричним тиском, де V_к - об'єм газу в колбі, до якого відносять і об'єм газу, який знаходиться в капілярі, котрий з'єднує колбу з нерухомим плечем U - подібного манометра; V_И - об'єм газу, що вміщений в нерухомому плечі U - подібного манометра, який визначають за формулою:

V_И=ω ,

де: d - внутрішній діаметр скляної трубки нерухомого плеча манометра; h - ви-сота стовпчика повітря в нерухомому плечі манометра.

2. Підіймають (опускають) рухоме плече манометра. Параметри, що фік-суються, наступні:

P₁=B+9.8Δh, Па,

де Δh – різниця показань рівня рідини в U-подібному манометрі, мм.рт.ст..

Якщо рівень рідини в рухомому плечі нижче рівня рідини в нерухомому плечі, то величина Δh буде від'ємною.

Т₁ = 273.15 +t, °С,

де t, °С - температура повітря в колбі. Виміри всіх параметрів здійснюються при умові постійності температур газу в колбі t,°С = t₁,°С.

V₀=V_K+

де h₁ – висота стовпчика рідини в нерухомому плечі манометра.

Визначають фіксовані параметри для 4-5 положень рівнів рідини в манометрі при опусканні рухомого плеча вниз і для 8-9 рівнів рідини при піднятті рухомого плеча з нижнього положення вверх таким чином, щоб 4-5 нижніх положень рідини в нерухомому плечі співпадали при переміщенні рухомого плеча вниз і вверх.

ІІ-ий випадок. Колба з повітрям (газом) опускається в рідину, що заповнює термостат, до фіксованої відмітки по аналогії з лабораторною роботою №3.

При відсутності підігріву і при умові, що рідина, яка знаходиться в термостаті,

має температуру рівну температурі повітря в приміщенні, хід лабораторної роботи

аналогічний I-ому випадку.

При виконанні робіт з підігрівом рідини і доведенням її до стаціонарного фіксованого стану, операції з установкою здійснюються аналогічно вимогам, викладеним в лабораторній роботі №3.

Відмінність полягає в тому, що шляхом переміщення рухомого плеча, добиваються того, щоб об'єм газу в колбі мав початкове значення V_о і тільки після цього здійснювався його підігрів.

Операції з установкою здійснюються в наступному порядку:

• переміщують рухоме плече манометра і добиваються того, щоб рідина в нерухомому плечі досягала початкової відмітки, при якій об'єм газу в колбі рівний Г_о;

• краном, встановленим на виході газу з колби, перекривають канал капілярної трубки;

• підіймають рухоме плече манометра на верх, застерігаючи можливий витік рідини при наступному відкитті краном клапану капілярної трубки;

• здійснюють підігрів газу в колбі, і після температури газу в колбі, відкривають кран;

• переміщуючи рухоме плече манометра, послідовно добиваються спів-падання рівня рідини в нерухомому плечі манометра з заздалегідь нанесеним на шкалі нерухомого плеча манометра фіксованими відмітками;

• для кожного фіксованого положення рівня рідини в нерухомому плечі манометра визначають і записують параметри:

_,

де: V_N - об’єм газу при N – ому фіксованому положенні; h_N – перевищення (-) або зниження (+) рівня рідини в нерухомому плечі відносно фіксованого початкового положення, при якому V_N=V₀; t_N?°С - температура газу в колбі, t_N= сonst, Р_N=- В + 9,8 • h_N - тиск газу в колбі.

Після одержання фіксованих параметрів, газ в колбі повертають у вихідний стан (V_N=V₀), закривають кран на капілярній трубці, піднімають вверх рухоме плече манометра, підігрівають газ до наступної фіксованої стаціонарної температури і здійснюють наступну серію вимірювань.