еоретична частина. Розділ 7.2, 7.3, 7.4.

абораторна робота №30

 

 

ВИЗНАЧЕННЯ ВІДНОШЕННЯ ТЕПЛОЄМНОСТЕЙ С_P/C_V ПОВІТРЯ

МЕТОДОМ КЛЕМАНА – ДЕЗОРМА

Мета роботи

Ознайомлення з методом Клемана-Дезорма та визначення = С_P/C_Vповітря.

Прилади та обладнання

Балон, рідинний манометр, мікрокомпресор.

 

Опис вимірювального пристрою та виведення розрахункової формули

 

Рис.1

Відношення=С_P/C_Vможна визначити багатьма експериментальними методами, зокрема з допомогою приладу Клемана – Дезорма, що складається з:

· скляного балона Б,закритого коркомК;

· рідинного манометра М, під’єднаного до балона Б;

· мікрокомпресора Мк, який сполучається з балоном краном Кр.

Досліджуваним газом є повітря.

На початку досліду газ знаходиться у балоні при атмосферному тиску p_o і кімнатній температурі Т₁, а під час експерименту послідовно проходить через 3 стани (рис.2):

Стан 1.Система перейде у стан 1, якщо при закритому корку Кі

відкритому крані Кр у балон мікрокомпресором нагнітати

повітря до тиску

p₁=p_o + gh_1. (1)

Надлишковий над атмосферним тиск gh₁ визначають у

міліметрах водяного стовпа (h₁ –виміряна в мм різниця

рівнів води у колінах манометра).

Стан 2.Якщо повністю відкрити корок К, повітря з балону буде

швидко розширюватися в атмосферу до вирівнювання тиску

у балоні з атмосферним. Цей процес можна приблизно вважа-

ти адіабатним, він супроводжується охолодженням повітря

до температури Т₂< Т₁. Газ, що залишився у балоні займав до

розширення деяку частину об’єму балона V₁ < V_Б,після

розширення його об’єм дорівнює V_Б.

Перехід газу із стану 1 в стан 2 ілюструє крива 1–2 (адіабата).

Стан 3.Якщо закрити балон, газ у ньому внаслідок теплообміну буде

ізохорно нагріватися до кімнатної температури Т₁, при цьому

тиск зросте до значення

p₂=p_o + gh₂ . (2)

Перехід газу із стану 2 в стан 3 ілюструє крива 2–3 (ізохора).

Зауважимо, що стани 1 і 3 відповідають одній температурі Т, отже і одній ізотермі (крива 1–3), тому згідно з законом Бойля-Маріотта:

p₁V₁=p₂V_Б. (3)

Адіабатне розширеня 1–2 опишемо рівнянням Пуассона:

. (4)

Поділимо рівняння (3) у степені на рівняння (4)

, (5)

звідки випливає:

. (6)

Пролоґарифмувавши (6), знайдемо

.(7)

Перетворимо знаменник (7), додавши і віднявши lnp₀, а також підставимо значення p₁ і p₂ з формул (1), (2):

. (8)

Атмосферний тиск p_o >> gh₁; gh₂, отже << 1; << 1,

тому, використовуючи наближення ln(1+x) » x,з (8) будемо мати:

, або . (9)

Отже, для знаходження треба експериментально визначити h₁ та h₂.

 

При підготовці до виконання роботи використати:

еоретична частина. Розділ 7.2, 7.3, 7.4.

Послідовність виконання роботи

1. У закритий корком Кбалон Бпри відкритому крані Кр нагнітають повітря мікрокомпресором Мкдо створення різниці рівнів води у манометрі не менше 150 – 200 мм.

2. Закрити кран Кр. Внаслідок стиску температура повітря у балоні дещо підвищиться, тому необхідно почекати 2 – 3 хв., поки темпе-ратура зрівняється з кімнатною і різниця рівнів води у манометрі перестане змінюватися. Записати h₁у таблицю.

3. Відкрити корок К і швидко закрити його після припинення харак – терного шипіння стисненого повітря, що розширюється в атмосфе –ру. При цьому тиск у балоні зрівняється з атмосферним, рівні води у манометрі стануть однаковими, а температура газу знизиться.

4. Почекати декілька хвилин, поки повітря у балоні нагріється до кім–натної температури; тиск повітря при цьому зросте. Після встанов–лення постійної різниці рівнів води у манометрі записати h₂.

5. За формулою (9) обчислити .

6.Дії, зазначені у пунктах 1-5, повторити 10 разів. Визначити похибки вимірювань.

 

 

Таблиця результатів вимірювань і розрахунків

№	h1, мм	h2, мм
	вимір	вимір	розр.	розр.
	вимір	вимір	розр.	розр.
	вимір	вимір	розр.	розр.
. . .	. . .	. . .	. . .	. . .
	вимір	вимір	розр.	розр.
сер.			розр.	розр.	розр.

 

 

Контрольні запитання

1. Що називається молярною теплоємністю?

2. Вивести рівняння Майєра і пояснити, чому C_P>C_V.

3. Який процес називається адіабатним, яким закономірностям він підлягає?

4. Чому при адіабатному розширенні газ охолоджується?

5. Записати і пояснити рівняння Пуасcона.

6. Чим визначається величина ?

7. У чому полягає фізичний зміст універсальної газової сталої R?

7. Вивести розрахункову формулу для визначення методом

Клемана-Дезорма.

 

Рекомендована література:

1. Курс фізики / За редакцією І.Є.Лопатинського.

– Львів: Вид. «Бескид Біт», 2002.

2. Трофимова Т.И. Курс физики.– М.: Высшая школа, 1990.

3. Савельев И. В. Курс общей физики, т.1 –М.: Наука, 1982.