Работа № 21 определение термического коэффициента давления воздуха при помощи газового термометра
Приборы и принадлежности: газовый термометр, барометр – анероид.
Цель работы: ознакомиться с устройством и принципом работы газового термометра и определить с его помощью термический коэффициент давления воздуха.
Описание установки и методика измерений
Если некоторую массу воздуха в изохорных условиях (V=const) нагреть от 0o С до температуры t, то давление P при температуре t связано с P0 – давлением при температуре 00С соотношением:
P=P0(1+pt) (1).
Откуда:
(2).
Это соотношение позволяет найти величину p по измеренным Р, Ро, t. Экспериментальное определение термического коэффициента давления воздуха производится с помощью прибора, называемого газовым термометром. Он схематически изображен на Рис.1.
P0 = Pатм – h1 (3).
Затем выньте колбу изо льда, тщательно оботрите ее от воды и дайте ей прогреться на воздухе до комнатной температуры t. Давление в колбе при этом возрастет до атмосферного и вода в коленах манометра установится на одном уровне. Дождитесь момента, когда уровни воды в манометре перестанут изменяться. Затем наденьте на патрубок грушу Г и, осторожно нажимая на неё, добейтесь того же положения уровней жидкости в манометре М1, которые были в том случае, когда колба была помещена в лед. Перекройте вентиль В2 и по шкале определите h2 – разность уровней воды во втором манометре М2. Поскольку второе колено манометра М2 сообщается с атмосферой, то грушей создано давление Pатм+h2. С другой стороны, это же давление равно P+h1, где P - давление в колбе в этот же момент. Таким образом,
P+h1=Pатм+h2,
откуда:
P=Pатм+h2–h1
В этом равенстве давления Ро, Р и Ратм имеют размерность мм водяного столба. Тогда из (2) и (3) найдем:
(4).
Следует иметь в виду, что p определенная по (4) будет иметь погрешность, главная причина которой состоит в том, что в местах соединения стеклянных и резиновых трубок часто возникают утечки воздуха. Это приводит к уменьшению h1, т.к. в колбу натекает лишний воздух при ее охлаждении. Точно также утечки приводят к уменьшению h2, т.к. при сжатии воздуха часть его уходит из колбы. Как видно из (4) это приводит к уменьшению p. Поэтому главное, на что следует обратить внимание, это на хорошую герметизацию всех соединений.
Порядок выполнения работы
Приготовьте таблицы для записи результатов измерений и последующей их обработки;
Таблица 1
Комнатная температура |
t = |
Атмосферное давление (в мм водяного столба) |
Ратм = |
Ратм также как h1 и h2 измеряется в мм водного столба. Переход от показаний барометра в мм ртутного столба к мм водяного столба производится умножением Ратм в мм рт. ст. на отношение плотности ртути к плотности воды:
Таблица 2
№ п/п |
h1 |
h2 |
api |
ap |
api - ap |
p |
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
Определите комнатную температуру и, с помощью барометра-анероида, величину атмосферного давления Ратм. Переведите показания барометра в мм водяного столба.
Проверьте, открыты ли вентили В1 иВ2.
Убедитесь, что сосуд Б заполнен тающим льдом. Можно вместо льда применять снег. При этом его нужно разбавить водой до состояния жидкой каши.
Перекройте вентиль В1. Поместите колбу в сосуд со льдом. Подождите несколько минут, чтобы воздух в колбе принял температуру льда. После этого запишите значение разности уровней воды в манометре.
Выньте колбу изо льда, оботрите от воды и дайте ей прогреться до комнатной температуры. При этом уровни жидкости в коленах манометра М1 должны принять прежнее положение, которое у них было до измерения.
Грушей Г создайте такое давление, чтобы уровни воды в коленах манометра М1 заняли то же положение, что и в этом случае, когда колба была погружена в лед.
Перекройте вентиль В2 и определите h2 – разность уровней воды в коленах манометра М2. Занесите значение h2 в Таблицу 2.
Повторите опыт 5-6 раз.
Найдите величины pi в каждом опыте, среднее значение
и среднюю квадратичную погрешность
р.Результат представьте в виде:
