Контрольні питання

1. Які параметри визначають експериментально для оцінки середньої об'ємної теплоємності?

2. Як виконується розрахунок середньої масової теплоємності?

3. Як на установці визначаються потрiбнi витрати повітря, що протікає через калориметр?

4. Від чого залежить теплоємність реальних та ідеальних газів?

5. Як на установці можна змінити кількість тепла, що пiдводиться до калориметру?

Лабораторна робота №3 визначення показника адіабати к² для повітря

У термодинаміцi при розрахунках широко використовується коефіцієнт адіабати К, який являє собою відношення теплоємностей при постійному тиску С_р і постійному об’ємi С_v:

К = С_р / С_v .

Для кожної групи газів величина К має певне числове значення: для одно-атомних газів К = 1,6; для двоатомних (i повiтря) - 1,4; для багатоатомних - 1,3.

Для реальних газів коефіцієнт К є величина змiнна, яка зменшується з підвищенням температури.

Величину відношення теплоємностей К газів в області не дуже низьких температур, коли вони можуть з високим ступенем точності задовольняти рівнянню стану ідеального газу P = RT , визначають за допомогою установки (рис.3.1), яка складається з герметично закритого балона 1 місткістю 60 л. Стиснуте у повітродувці повітря подається в балон через кран 2. На верхній кришці балона встановлений кран 3, який служить для випуску повітря в атмосферу. Тиск у балоні вимірюють U-образним манометром 4.

Процеси, що відбуваються в установці, зображені на рис. 3.2. Стан газу, що надійшов у балон, характеризується точкою 0. У результаті теплообміну з навколишнім середовищем при постійному об’ємi ( лінія 0-1) температура повітря знижується до Т_ср.. У результаті адіабатичного витікання повітря ( лінія 1-2) його температура знижується до Т_дійсн, а потім при V=const нагрiвається до Т_ср (лінія 2-3).

Рис. 3.1. Схема установки з визначення показника адіабати К

Рис. 3.2. Процеси, які відбуваються в установці

а) в координатах Р-V; б) в Т-S координатах

Вiдношення питомих об’ємiв n₁/₃ можна показати через відношення тисків , тобто, n₁/₃ = . Оскільки питомі об’єми ₂ = ₃ , то n₁/₂ = . З рiвняння адіабати PV = const знайдемо співвідношення:

(n₁/₂ )^К.

Прологарифмувавши цей вираз, одержимо:

lg(P2 /P1) = K lg(n₁/₂).

Звiдки

.

Вимiр питомих об’ємiв дуже складний, тому відношення виражаємо через відповідне відношення тисків . Формула для експериментального визначення К буде мати вигляд:

.

Таким чином, при визначенні К дослiдним шляхом, величинами, що вимі-рюються, є тільки тиски.

Методика визначення показника адіабати

Приєднують шланг від повітродувки до крана 2. Включають повітродувку і відкривають кран 2. Спостерігаючи за манометром 4, доводять тиск повітря в балоні до 450-500 мм вод. ст. Закривають кран 2 і виключають повітродувку. Вичікують якийсь час (6-8 хв), доки газ у балоні прийме температуру навколишнього середовища, про що свідчать сталi показаники манометра , мм вод. ст. Знімають показання барометра Р_б, Па. Швидко відкривають кран 3 і відразу ж закривають його. При цьому розширення повітря відбувається так швидко, що з деяким наближенням можна вважати його протiкаючим без теплообміну з навколишнім середовищем, тобто адіабатним. При цьому температура газу в балоні знижується і буде нижче початкової температури, тобто температури навколишнього середовища.

Після закриття крана 3 буде відбуватися ізохорний процес нагрівання повітря в балоні внаслідок теплообміну з навколишнім середовищем, і тиск газу, вимірюваний манометром, буде зростати доти, доки температура газу в балоні не зрівняється з температурою навколишнього середовища. Після настання температурної рівноваги (через 6-8 хв.) знімають показання манометра, , мм. вод. ст. Дослід повторюють 3 рази. Отримані дані вносять у журнал спостережень (табл. 3.1).