Практическая часть Описание метода

В работе определяется универсальная газовая постоянная R на основании уравнения Менделеева-Клапейрона.

Воздух при нормальных условиях можно считать смесью идеальных газов. Зная температуру, давление и массу воздуха, заключенного в данном объеме, величина которого известна, можно определить R по формуле (1) (для воздуха М=29·10^-3кг/моль). Однако непосредственно определить массу воздуха, находящегося в сосуде, трудно, поэтому в работе рассматривают два состояния.

Пусть первое состояние характеризуется комнатной температурой Т, объемом V, атмосферным давлением Р₁ и массой m₁. Уравнение этого состояния имеет вид:

(13)

Если из сосуда изотермически откачать часть воздуха, то давление уменьшится и станет равным Р₂. Уравнение состояния во втором случае имеет следующий вид:

(14)

где m₂ – масса воздуха, оставшегося в сосуде.

Вычитая равенство (14) из (13), получим:

(15)

где – масса откачанного воздуха;

Р₁ – Р₂ – изменение давления газа в сосуде при откачке.

Данная формула является рабочей для определения R.

Описание установки

Установка ФПТ1-12 представляет собой конструкцию настольного типа (рис.1), состоящую из:

- блока измерительного (1);

- блока приборного БП-12 (2);

- колбы (4), установленной на весах (3).

Р ис. 1. Общий вид установки

В измерительном блоке установлен вакуумметр (6). Спереди измерительный блок защищен экраном из оргстекла. На лицевой панели блока приборного БП-12 установлены органы управления и световой индикации, термометр для измерения температуры окружающей среды, внутри блока установлен компрессор. Колба соединена с вакуумметром вакуумной трубкой.

Технические характеристики установки

1. Диапазон измеряемых давлений, кПа: от 0 до минус 101

2. Погрешность измерения давления (при атмосферном давлении 101 кПА) не более ± 1,54 %

3. Объем колбы, см³ 1190±60

4. Погрешность взвешивания, г: 0,038

5. Питание установки ФПТ1-12 от сети переменного тока:

напряжением, В 220

частотой, Гц 50±1

6. Потребляемая мощность, Вт, не более 130

Упражнение 1. Определение универсальной газовой постоянной методом откачки

1. Подайте напряжение питания на электронные весы и включить установку тумблером «СЕТЬ». При этом загорается сигнальная лампа.

2. С помощью электронных весов определите массу колбы с воздухом (m₀ + m₁) при давлении Р₁, равном атмосферному.

3. Включите компрессор кнопкой «ПУСК» и, удерживая кнопку нажатой, откачать воздух из колбы до давления Р₂. После чего, закрыв кран и выключив компрессор (отпустив кнопку «ПУСК»), определите массу колбы с воздухом (m₀+m₂) при давлении Р₂.

4. Повторите измерения по п. 3 не менее 5 раз, при разных ΔP = P₂ – P₁. Надо учесть, что барометр измеряет ΔP (ΔP < 0).

5. Измерьте температуру воздуха в лаборатории.

6. Выключите установку тумблером «СЕТЬ».

7. Для каждого проведенного измерения определите массу откаченного воздуха (m₁ – m₂), разность давлений ΔP и вычислите универсальную газовую постоянную.

8. Определить среднее значение R и его погрешность.