Описание метода измерения

Предлагаемый метод определения  основан на применении уравнений адиабатического и изохорического процессов.

Установка состоит из стеклянного баллона А, соединенного с манометром В и насосом (рис.2). Посредством крана Д баллон может быть соединен с атмосферой, и пусть первоначально в нем было атмосферное давление. Если с помощью насоса накачать в баллон некоторое количество воздуха и закрыть кран, то давление в баллоне повысится; но если это повышение было произведено достаточно быстро, то манометрический столбик не сразу займет окончательное положение, так как сжатие воздуха было адиабатическим и, следовательно, температура его повысится. Окончательная разность уровней в манометре h установится только тогда, когда температура воздуха внутри баллона сравняется, благодаря теплопроводности стенок, с температурой окружающего воздуха.

Обозначим через Т₁ термодинамическую температуру окружающего воздуха и через р₁ - давление газа внутри сосуда, соответствующее показанию манометра h₁. Очевидно, давление, установившееся в баллоне, будет равно (15)

где р₀ - атмосферное давление (конечно, при этом р₀ и h₁ должны быть выражены в одинаковых единицах). Эти два параметра Т₁ и р₁ характеризуют состояние газа, которое мы назовем первым состоянием газа.

Если теперь быстро открыть кран, то воздух в баллоне будет расширяться адиабатически, пока давление его не сделается равным р₀; при этом он охладится до температуры Т₂. Это будет второе состояние газа: Т₂ и р₀.

Если сразу после открывания снова закрыть кран, то давление внутри баллона начнет возрастать вследствие того, что охладившийся при расширении воздух в баллоне станет снова нагреваться. Возрастание давления прекратится, когда температура воздуха в баллоне сравняется с внешней температурой Т₁. Обозначим давление воздуха в баллоне в этот момент через р₂ и соответствующее показание манометра - через h₂. Это будет третье состояние газа: Т₁ и р₂. Ясно, что (16)

Применяя законы изохорических и адиабатических процессов, рассмотренных выше, можно получить простую формулу для нахождения отношения удельных теплоемкостей воздуха:

(19)

Выполнение работы

С помощью трехходового крана Д баллон может соединяться с воздушным насосом, с атмосферой либо перекрываться совсем.

Для проведения измерений кран ставят в положение, при котором воздух нагнетается в баллон с помощью насоса. Когда разность уровней в манометре достигает 20-25 делений шкалы манометра, отключают баллон от насоса и атмосферы. После того как давление окончательно установится, производят отсчет h₁ - разности уровней жидкости в обоих коленах манометра (если нуль шкалы манометра находится внизу, то h₁ определяется как разность уровней в манометре; если нуль шкалы находится в середине, то берется сумма показаний манометра по обе стороны от нуля). Затем производят на некоторый момент сообщение баллона с атмосферой и быстро его перекрывают (рекомендуется перекрывать баллон сразу после прекращения звука выходящего воздуха). Когда давление окончательно установится, производят второй отсчет по манометру - h₂.

Опыт следует повторить не менее десяти раз, меняя всякий раз h₁.

Подставляя в формулу (19) значения h₁ и h₂, взятые из отдельных наблюдений, находят величину , а все результаты заносят в таблицу:

№ п/п	h1	h2		Δ
1 2 . . .10
Ср.

Окончательно величину  находят как среднее значение всех , полученных при наблюдении.