2. Описание экспериментальной установки и методика измерения

Установка ФПТ 1-6 для определения отношения C_р/C_V состоит из приборного блока 1, в котором находится стеклянная ёмкость (колба), блока манометра 2 и основания 3 (рис. 1). На лицевой панели приборного блока находятся органы управления и элементы световой индикации: в правой верхней части расположены тумблер «СЕТЬ» блока питания и сигнальная лампа (светодиод); в левой верхней части размещены тумблер «ВОЗДУХ» включения микрокомпрессора для подачи воздуха в колбу, светодиод и пневмоклапан «АТМОСФЕРА» для сброса давления в колбе.

Рис. 1

Принципиальная схема установки ФПТ 1-6 представлена на рис. 2.

Рис. 2 Рис. 3

Если с помощью микрокомпрессора 2 создать в колбе 1 повышенное давление p₁ (отсчитываемое по разности уровней воды в коленах манометра 4) и затем на короткое время открыть пневмоклапан 3, то часть воздуха вследствие расширения выйдет из колбы, давление оставшегося воздуха упадет до давления p₂, равного атмосферному p_а, а температура понизится от температуры Т₁ до температуры Т₂ . Так как описанный процесс происходит достаточно быстро, то на термодинамической диаграмме (рис. 3) этот процесс изображается в виде отрезка адиабаты 1→2 (точка 2 соответствует моменту закрытия пневмоклапана). После этого давление в колбе начнет увеличиваться (вследствие изохорного нагревания 2→3 воздуха, оставшегося в колбе). Когда температура воздуха Т₃ в сосуде сравняется с первоначальной температурой Т₁ (температурой окружающего воздуха), то давление воздуха в колбе станет равным p₃ . При адиабатическом расширении 1→2 воздуха согласно уравнению Пуассона: , (1)

где V₁ – первоначальный объем воздуха в колбе, который при расширении займет объем V_к колбы.

Так как температура T₁ равна температуре T₃ , то p₁V₁ = p₃V₃ . (2)

Поскольку V₂=V₃=V_к, и p₂ = p_а , то из уравнений (1) и (2) получаем:

.

Отсюда .

Тогда .

Так как в условиях опыта давления p₁ и p₃ мало отличаются от давления p_а, то с достаточной точностью можно записать

.

Второе колено манометра открыто, поэтому p₁ = p_М1 + p₂ , p₃ = p_М2 + p₂ , где p_М1 и p_М2 – показания манометра (в кПа) для установившихся состояний 1 и 3 соответственно.

Тогда . (3)

3. Порядок выполнения работы

1. После разрешения преподавателя тумблером в модуле «СЕТЬ» подайте на установку напряжение 220 В. При этом на панели модуля загорится сигнальная лампа (светодиод).

2. Включите подачу воздуха в колбу, установив тумблер в модуле «ВОЗДУХ» в положение «ВКЛ.». При этом загорится светодиод, и начнет работать микрокомпрессор. Внимательно следите за подъемом уровня воды в левой трубке манометра. Этот уровень во всех случаях не должен превышать 200 дел. по шкале манометра. После достижения рабочего давления в 3,0 – 3,5 кПа выключите тумблер в модуле «ВОЗДУХ».

3. Через 10 - 15 с произведите отсчет давления p_М1 по манометру (по разности уровней воды в его трубках). Занесите это значение давления p_М1 в таблицу.

4. Немного поверните ручку пневмоклапана «АТМОСФЕРА» по часовой стрелке, и, как только уровни воды в трубках манометра установятся на нуле, верните ручку пневмоклапана в исходное положение.

5. Следите за подъемом давления в колбе, и после того как положения уровня воды в трубках перестанут изменяться, запишите в таблицу величину давления p_М2.

6. Все действия и измерения повторите еще 4 раза. Рассчитайте величины γ₁,…, γ₅ по формуле (3) и найдите среднее значение <γ>.

7. Рассчитайте абсолютную погрешность Δγ, приняв ее равной стандартной погрешности:

и занесите значение Δγ в таблицу.

Найдите относительную погрешность измерений и занесите значение δγ в таблицу.

Таблица

№ опыта	pМ1, кПа	pМ2, кПа	γ	<γ>	Δγ	δγ, %
1
2
3
4
5

8. Запишите окончательный результат работы в виде: γ = <γ>±Δγ с относительной погрешностью δγ = ….%.