Лабораторная: Термодинамические циклы и калориметрия

Задание №1
Тема: Термодинамический цикл в координатах P–V
Основное задание:
Для цикла в координатах P–V изобразить согласно заданию и дать название процессам 1–4. Массу газа принять равной 1 кг.
Построить данный график в координатах:
T–V
P–T
Определить:
а) параметры P, V, T в характерных точках цикла;
б) работу изменения, внутреннюю энергию, энтропию каждого процесса;
в) теплоту для всех процессов;
г) термический коэффициент полезного действия.
Полученные данные занести в таблицу.

Задание №2
Тема: Молекулярно-кинетическая теория и термодинамика
Ответить на вопросы:
Переход некоторой массы газа из состояния 1 в состояние 3 состоит из двух процессов – адиабатического и изотермического (рис. 1). Какому из указанных процессов соответствует процесс 2–3 на диаграмме P–V?
В каком процессе тепло к системе подводится, температура системы не меняется?
Может ли теплоёмкость газа быть отрицательной?
Как с помощью молекулярно-кинетической теории объяснить тот факт, что жидкость имеет определённый объём?
Как зависит средняя длина свободного пробега молекул газа от давления при постоянной температуре?
Что такое эффективный диаметр молекул? Чем он определяется?
Что означает выражение «внутренняя энергия системы является однозначной функцией её состояния»?
Для некоторой массы газа m получена зависимость давления от абсолютной температуры (рис. 2). Сжимался или расширялся газ во время нагревания?

Задание №3
Тема: Задачи по молекулярной физике и термодинамике
Решить задачи (Вариант 1):
Задача 1. Найти молярную массу смеси кислорода массой m₁ = 20 г и азота массой m₂ = 55 г.
Задача 11. Два сосуда наполнены одним и тем же газом под давлением p₁ = 4·10⁵ Па и p₂ = 9·10⁵ Па с массами m₁ = 0,2 кг, m₂ = 0,3 кг. Сосуды соединяют трубкой, объёмом которой можно пренебречь. Найти установившееся давление в сосудах, если температура газа в них была одинакова T₁ = T₂, а после установления искомого давления увеличилась на 20%.
Задача 21. В сосуде вместимостью V = 0,3 л при температуре T = 290 К находится некоторый газ. Считая температуру газа постоянной, найдите, на сколько понизится давление газа в сосуде, если из него из-за утечки выйдет N = 10¹⁹ молекул?
Задача 31. Идеальный газ расширяется от объёма V₁ до объёма V₂ один раз адиабатно, другой раз изотермически. На плоскости P–V изобразите графически эти процессы. В чём их различие? В каком случае газ совершает большую работу?
Задача 41. Идеальный одноатомный газ в количестве 1 моль сначала изотермически расширился при температуре T₁ = 300 К. Затем газ изобарно нагрели, повысив температуру в 3 раза. Какое количество теплоты получил газ на участке 2–3?
Задача 51. Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно. При этом 80% тепла, получаемого от нагревателя, передаётся холодильнику. Количество теплоты, получаемое от нагревателя, равно 6,3·10⁶ Дж. Найти КПД цикла.
Задача 61. Вычислить удельные теплоёмкости Cₚ и Cᵥ газов:
гелия (He);
водорода (H₂);
углекислого газа (CO₂).

Лабораторная работа №4
Тема: Определение теплоёмкости идеального газа
Цель работы: Экспериментально определить молярную теплоёмкость воздуха при постоянном объёме (Cᵥ) и при постоянном давлении (Cₚ), проверить справедливость уравнения Майера.
Задания:
Провести измерения изменения давления от времени нагрева для определения Cᵥ.
Провести измерения изменения объёма от времени нагрева для определения Cₚ.
Построить графики зависимости:
Δp от времени нагрева (для Cᵥ)
ΔV от времени нагрева (для Cₚ)
Рассчитать угловой коэффициент касательной для каждого графика.
Вычислить значения Cᵥ и Cₚ по формулам.
Определить отношение теплоёмкостей γ = Cₚ/Cᵥ для воздуха.
Проверить справедливость уравнения Майера: Cₚ – Cᵥ = R.
Оценить погрешности измерений.
Исходные параметры установки:
Объём V = 10 л = 0,01 м³
Постоянная установки: 8,55·10⁻⁹

Лабораторная работа №5
Тема: Определение удельной теплоёмкости металлов методом калориметрии
Цель работы: Экспериментально определить удельную и молярную теплоёмкость металлов (алюминия, латуни, стали) и сравнить с табличными значениями.
Задания:
Провести измерения температуры воды в калориметре во времени при погружении металлических образцов (алюминий, латунь, сталь).
Построить графики зависимости температуры воды от времени для каждого металла.
Рассчитать удельную теплоёмкость исследуемого металла по формуле.Показать/скрыть дополнительное описание