В.М. Анисимов, Г.Э. Солохина - Методические указаная к лабораторным работам и темы докладов (1012829), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Повторить измерения по п.2 для адиабатического расширениягаза (т.е. изменяя объем от 15 дм3 до 40 дм3), записывая в табл.5.7значения давления Р2 и температуры Т2.4. Для каждой пары измерений при одном и том же объеме газарассчитать среднеарифметические значения давленияP1 P2P.25. Подсчитать значения натуральных логарифмов от объема ln V исреднего давления ln P . Результаты записать в табл.5.7.6. Установить второе значение начальной температуры Тнач газа изданных для вашей бригады, и повторить измерения по п.п.
2–5,записывая результаты в таблицу 5.8.Таблица 5.8Tнач. = ____ К№п.п.123456Vдм3152025303540ln V–Р1кПаР2кПаРкПаln P–T1KT2KТКTтеорК7. По данным двух таблиц построить графики зависимостинатурального логарифма давления от натурального логарифма объемаln P f (ln V) .8. На каждом графике выбрать две произвольные точки А и В и,согласно (5.28), определить показатель адиабаты как угловойкоэффициент наклона полученного графика по формулеln PA ln PB.ln VB ln VA9. Рассчитать среднеарифметическое значение показателя адиабатыпо результатам двух графиков.10. В каждой таблице рассчитать среднеарифметические значениятемпературы для одного и того же объема газаT1 T2Т.211.
Согласно формуле (5.30) определить теоретические значениятемпературы Ттеор для каждого значения объема газа144TтеорTначVначV1,где Vнач = 40 дм3.12. По данным двух таблиц построить графики зависимоститемпературы газаот его объема T f (V) и Tтеор f (V) приадиабатическом процессе. Оценить наибольшую относительнуюпогрешность измерений температурыTтеор T100%.Tтеор13. По всем построенным в лабораторной работе графикампровести анализ результатов и сделать выводы.Контрольные вопросы1. Что называется адиабатическим процессом?2. Запишите уравнение Пуассона для адиабатического процесса.3. Что называется показателем адиабаты газа?4.
Получите связь температуры и объема газа в адиабатическомпроцессе.5. В чем заключается методика экспериментального определенияпоказателя адиабаты газа в данной работе?6. Как изменяется температура газа а) при его адиабатическомрасширении, б) при адиабатическом сжатии?ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 35Определение отношения теплоемкостей воздуха припостоянном давлении и постоянном объеме методомКлемана - ДезормаЦель работы: изучение процессов в идеальных газах и определениеотношения теплоемкостей .Методика измеренийВ данной лабораторной работе определяется величина, называемаяпоказателем адиабаты (5.10) и равная отношению теплоемкостей газапри постоянном давлении и постоянном объемеCP.(5.31)CVДля определения отношения теплоемкостей методом Клемана Дезорма используется емкость, соединенная с открытым водяным145манометром, посредством которого измеряется разность давлений вемкости и в атмосфере.Если в емкость, накачивать небольшое количество воздуха, тодавление в ней будет повышаться и достигнет величины Р1 .
как этопоказано на Р–V диаграмме (рис.5.8), где по оси абсцисс отложеныобъемы одного моля воздуха. Повышение давления в емкости придостаточно быстром нагнетании воздуха сопровождается повышениемтемпературы до величины Т1(процесс АВ).РВР1Р1СР2Р0EАDV1V2V0Т1=constТ0=constТ2=constVРис. 5.8Затем вследствие теплопроводности стенок сосуда воздух взакрытой емкости изохорически охлаждается, и через некоторое времятемпература станет равной температуре окружающей среды Т0(процесс ВС)При этом давление в емкости понизится до величины Р 1. Уровнижидкости в манометре перестанут изменяться, и установится разностьуровней h1. Это состояние воздуха в емкости будет иметь параметры:Р1, V1 , Т0, причемР1 = Р0 + h1,(5.31)где Р0 - атмосферное давление во время проведения опыта, h 1 установившаяся в манометре разность уровней.Если теперь соединить емкость с атмосферой, то произойдетадиабатическое расширение воздуха (процесс CD).
Давление при этомпонизится до атмосферного Р0, молярный объем газа увеличится довеличины V2, а температура уменьшится до величины Т2. Такимобразом, состояние газа D будет характеризоваться параметрами Р0, V2, Т2.Поскольку процесс CD происходит адиабатически, то здесьсправедливо уравнение Пуассона (5.9)P V const ,146которое с учетом уравнения состояния идеального газа (5.1) можнопредставить в видеТconst.Р 1Следовательно, для состояний C и D можно записатьТ0Р11Т2.Р0 1(5.32)Далее вследствие теплопроводности стенок температура воздуха вемкости начнет повышаться изохорически, давление при этом будетувеличиваться (процесс DE).
В состоянии Е температура воздуха вемкости станет равной температуре окружающей среды Т0. При этомдавление возрастет до величиныР2 = Р0 + h2,(5.33)где h2 - вновь установившаяся в манометре разность уровней.Поскольку переход из состояния D в состояние E происходит безизменения объема, т.е. изохорически, в этом случае справедлив законШарля (5.2):Р0 Р 2(5.34).Т2 Т0Исключая из уравнений (5.31) – (5.34) неизвестную температуру Т2и производя необходимые преобразования можно получить расчетнуюформулу для определенияh1(5.35).h1 h 2Для определения отношения теплоемкостей воздуха= СР/СVпредназначены экспериментальные установки с автоматическим илиручным нагнетанием воздуха.1) Экспериментальная установка с автоматическимнагнетанием воздухаОбщий вид установки с автоматическим нагнетанием воздухаприведен на рис.5.9.Установка состоит из емкости 2, соединенной с открытым водянымманометром 1.
Нагнетание воздуха в емкость производитсямикрокомпрессором, вмонтированным в установку. Включениемикрокомпрессора осуществляется тумблером 4. Рычаг 3 позволяетсоединять емкость 2 с микрокомпрессором (положение «Закрыто»)или с атмосферой (положение «Открыто»).1472314закр.откр.калькуляторзакр.сетьРис. 5.9Порядок выполнения работы1. Включить установку тумблером «Сеть»2.
Установить рычаг 3 в правое положение “Закрыто” и включитьмикрокомпрессор тумблером 4. Когда разность уровней жидкости вманометре 1 достигнет (150...250) мм вод. ст., отключить микрокомпрессор.3. Выждать, пока температура в емкости не станет равнойтемпературе окружающей среды Т0 и не установится давление Р1 = Р0 + h1,при этом разность уровней жидкости в манометре перестанетизменяться.
Определить установившуюся разность уровней h 1 вколенах манометра и полученное значение занести в табл.5.9.Таблица 5.9№п.п12345678910h1мм вод. ст.h2мм. вод. ст.––1484. Кратковременно соединить емкость 2 с атмосферой при помощирычага 3, быстро переведя его в левое положение «Закрыто». При этомпроизойдет адиабатическое расширение воздуха.5. Выждать, пока уровни воды в коленах манометра не перестанутизменяться, после чего давление окончательно установится.
Занести втабл.5.9 найденную разность уровней жидкости h2.6. Опыт повторить не менее десяти раз, изменяя величину h1.7. В каждом опыте по формуле (5.35) определить отношениетеплоемкостей , а затем - среднее значение .8. Оценить погрешность результатов измерений.9. Выключить установку тумблером «Сеть».2) Экспериментальная установка с ручнымнагнетанием воздухаОбщий вид установки с ручным нагнетанием воздуха приведен нарис.5.10.3 4125Рис.
5.10Установка состоит из стеклянного баллона 2, соединенного соткрытым водяным манометром 1. Нагнетание воздуха в емкостьпроизводится насосом 5. Трехходовой кран 3 позволяет соединятьстеклянный баллон 2 с насосом или с атмосферой.Порядок выполнения работы1. Повернуть кран 3 так, чтобы соединить баллон 2 с насосом 5через трубку 4.1492. Насосом осторожно нагнетать воздух в баллон 2, пока разностьуровней жидкости в манометре не достигнет (150...250) мм вод.
ст.После этого перекрыть кран 3.3. Выждать, пока температура в баллоне не станет равнойтемпературе окружающей среды Т0 и не установится давление Р1 = Р0 + h1,при этом разность уровней жидкости в манометре перестанетизменяться. Определить установившуюся разность уровней h 1 вколенах манометра и полученное значение занести в табл.5.10.Таблица 5.10№п.п12345678910h1мм вод. ст.h2мм. вод. ст.––4.
Кратковременно соединить баллон 2 с атмосферой и в момент,когда уровни в трубках манометра совпадут (при этом давление вбаллоне станет равным атмосферному), быстро закрыть трехходовойкран 3. При этом произойдет адиабатическое расширение воздуха.5. Выждать, пока уровни воды в коленах манометра не перестанутизменяться, после чего давление окончательно установится. Занести втабл.5.10 найденную разность уровней жидкости h2.6. Опыт повторить не менее десяти раз, изменяя величину h1.7. В каждом опыте по формуле (5.35) определить отношениетеплоемкостей , а затем - среднее значение .8.
Оценить погрешность результатов измерений.Контрольные вопросы1. Что называется теплоемкостью газа?2. Что такое адиабатический процесс и показатель адиабатыидеального газа?3. В чем заключается сущность описанного в работе методаопределения отношения теплоемкостей воздуха при постоянномдавлении и постоянном объеме?1504. Как в работе определяется давление газа в различныхсостояниях?5. Какие процессы реализуются в установке? Изобразите их наР – V диаграмме.6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
