Порядок выполнения работы

1. Подготовьте установку к выполнению работы:

   1. залейте сосуд на 3/4 объема водой;

   2. закройте сверху плотно трубкой с капилляром;

   3. подставьте под кран сливную емкость;

   4. подготовьте к работе секундомер.

2. Откройте кран К. Когда вода начнет вытекать каплями:

   1. отметьте уровень воды h₁;

   2. подставьте мерный сосуд под трубку D;

   3. запустите секундомер.

3. Когда в мерном сосуде будет 50 мл воды:

1. отметьте по шкале новый уровень воды h₂. При этом объем воды в мерном сосуде равен объему прошедшего через капилляр воздуха;

2. одновременно с этим остановите секундомер.

Результаты измерений занесите в таблицу 19.1.

3. Опыт повторите ещё 4 раза. При этом для очередного опыта значение h₁ будет равно значению h₂ для предыдущего.

4. В каждом опыте рассчитайте по формуле (19.2) коэффициент вязкости .

5. Выведите формулу для вычисления погрешности Dh.

6. Результаты вычислений занесите в таблицу 19.1.

Таблица 19.1

№	V ,	DV,	t, с	, с	h1, м	h2, м	Dh, м	h ,	hср. ,	Dh ,	, %
1	50
2	50
3	50
4	50
5	50

Контрольные вопросы

1. Какими общими чертами обладают жидкости и газы?

2. Почему возможно в лабораторных работах 1-17, 1-18 использовать формулу Пуазейля для определения коэффициента вязкости, хотя в работе 1-18 измеряют свойства жидкостей, а в 1-17 – газа?

3. Каков физический смысл коэффициента динамической вязкости?

4. Запишите формулу Ньютона для силы вязкости.

5. От каких параметров и как зависит коэффициент вязкости воздуха?

6. Запишите формулу Пуазейля.

7. Выведите рабочую формулу для коэффициента вязкости.

Используемая литература

[2] §128-130; [3] §10.6-10.8; [7] §48; [4] §2.27-2.29; [10] §16.2; [11] §25.

Лабораторная работа 1-20

Определение отношения теплоемкостей для воздуха

методом адиабатического расширения

Цель работы: анализ термодинамических величин, характеризующих состояние идеального газа; определение отношения теплоемкостей для воздуха.

Теоретическое введение

Теплота , приданная системе (телу), расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение работы .

(20.1)

Уравнение (20.1) – первое начало термодинамики. Символ (в некоторых учебниках используется обозначение ) указывает на то, что бесконечно малые изменения и не являются полными дифференциалами, то есть количество теплоты и работа зависят от пути процесса, по которому изменяется состояние системы. Только внутренняя энергия является функцией состояния системы и от пути процесса не зависит.

При поглощении веществом теплоты его температура, как правило, увеличивается. Отношение к повышению температуры называется теплоемкостью вещества

(20.2)

Так как величина зависит от характера процесса, то и теплоемкость от пути процесса зависит. Поэтому при определении теплоемкости необходимо указывать, каким именно способом изменяется температура. Часто встречающиеся виды процессов – при постоянном объеме ( ) – изохорический и при постоянном давлении ( ) – изобарический. Соответствующие им теплоемкости обозначают и .

Для газов эти величины связаны друг с другом простым образом. По определению

, . (20.3)

Из (20.1) , – энтальпия, или теплосодержание.

При постоянном объёме , так как работа .

Отсюда следует, что теплоемкости и есть частные производные от энтальпии и внутренней энергии по температуре (при постоянных давлении и объеме соответственно). Уравнения

и (20.4)

можно рассматривать как определения. Они позволяют найти и термодинамической системы, если известны зависимости или .

Каждое состояние термодинамической системы характеризуется совокупностью значений физических величин, отражающих ее свойства. Величины, имеющие простую физическую природу и допускающие непосредственное измерение (давление , температура , объем системы ), используют в качестве параметров состояния. Уравнением состояния называют выражение, связывающее эти параметры. Для однородных систем постоянного состава оно имеет вид

(20.5)

У идеальных газов особенно простое уравнение состояния

, (20.6)

где – объем одного моля; – универсальная газовая постоянная.

Используя определение теплоемкости (20.3), первое начало термодинамики и уравнение состояния для газов, можно записать для идеальных газов в расчете на один моль:

, (20.7)

так как при . Уравнение (20.7) называют соотношением Майера.

Если применить первое начало термодинамики (20.1) для описания адиабатического расширения (сжатия) идеального газа ( ; изменение состояния без теплообмена), учитывая определения:

, ,

соотношение Майера и введя обозначение (адиабатическая постоянная), то получим уравнение

(20.8)

Из него следует, что при адиабатическом процессе температура и объем идеального газа меняются таким образом, что произведение остается постоянным. Поскольку всегда больше единицы, то и, адиабатическое расширение сопровождается охлаждением, а сжатие – нагреванием газа. Комбинируя уравнение (20.8) с (20.6), можно получить соотношение, связывающее параметры и при адиабатическом процессе

(20.9)

Это равенство называется уравнением Пуассона. Еще одно уравнение для адиабатического процесса связывает параметры и

Величина для газов играет большую роль при адиабатических процессах. В частности, этой величиной определяется скорость распространения звука в газах; от нее зависит течение газов по трубам со звуковыми скоростями.