Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Sbornik_po_fizike.doc
Скачиваний:
8
Добавлен:
10.11.2019
Размер:
13.66 Mб
Скачать

Определение отношения удельных теплоемкостей газа методом адиабатического расширения (метод Клемана и Дезорма)

Приборы и принадлежности: закрытый стеклянный баллон, водяной манометр, осушитель, насос.

Теория метода и описание установки

Экспериментальная установка состоит из стеклянного баллона (рис.1), соединенного с манометром М и с насосом (на рис. не показан). Посредством крана С баллон А может быть соединен с атмосферой. Если при помощи насоса накачать в баллон некоторое количество воздуха, то давление и температура воздуха внутри баллона повысятся. Вследствие теплообмена воздуха с окружающей средой через некоторое время температура воздуха, находящегося в баллоне, сравняется с температурой внешней среды t1. Давление, установившееся в баллоне,

p 1 = Н + h1,

где Н – атмосферное давление, h1 – добавочное давление, измеряемое разностью уровней жидкости в манометре.

Таким образом, состояние воздуха внутри баллона, которое назовем I состоянием, характеризуется параметрами

p1 = Н + h1; V1 и t1.

Если открыть на короткое время кран С, то воздух в баллоне будет расширяться. Этот процесс расширения можно считать адиабатическим. Давление в сосуде установится равным атмосферному Н, температура газа понизится до t2, а объем будет равен V2.

Следовательно, в конце адиабатического процесса, что назовем II состоянием, параметры будут:

Н; V2 и t2 < t1.

Применяя к I и II состояниям уравнение адиабатического процесса (уравнение Пуассона)

, (1)

где , а Ср и СV – удельные теплоемкости газа при постоянном давлении и объеме, соответственно, получим:

,

. (2)

Охладившийся при расширении воздух в баллоне через некоторое время вследствие теплообмена нагреется до температуры внешней среды t1: давление возрастет до некоторой величины

p2 = H + h2,

где h2 – новая разность уровней в манометре; объем воздуха не изменится и будет равен V2.

Таким образом, это состояние воздуха, которое назовем III состоянием, характеризуется параметрами

p2 = Н + h2; V2 и t1.

Так как в I и III состояниях воздух имеет одну и ту же температуру (процесс изотермический), то применяем закон Бойля-Мариотта (pV = const):

,

. (3)

Возведя обе части уравнения (3) в степень 

(4)

и пользуясь выражением (2) и (4), получим:

.

Логарифмируя последнее выражение и решая относительно , находим:

.

Так как давления H, H + h1 и H + h2 мало отличаются друг от друга, то разность логарифмов можно принять пропорциональными разностям самих давлений и приближенно положить

,

. (5)

Порядок выполнения работы

  1. Убедившись в том, что кран С закрыт, осторожно с помощью насоса нагнетают воздух в баллон до тех пор, пока разность уровней жидкости в манометре не достигнет 20–25 см.

  2. Когда давление в баллоне полностью установится, показателем чего служит прекращение колебаний уровней жидкости в коленах манометра, производят по шкале отсчет разностей уровней жидкости в манометре h1.

  3. Быстро открывают кран С и тотчас же (как только уровни жидкости в манометре сравняются) его закрывают. Когда давление окончательно установится, производят второй отсчет разностей уровней в манометре h2. Опыт повторяют 10 раз.

  4. Подставляя в формулу (5) значения h1 и h2, взятые из каждого отдельного опыта, вычисляют 1, 2, 3 и т.д. Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу.

№ опыта

h1, мм

h2, мм



, %

1

2

3

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]