Г.Г. Спирин - Механика, молекулярная физика и термодинамика (1012842), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Затем изменить массу газадо значения m2 в том же объеме V (путем откачки или накачки газа) ивновь при той же температуре определить давление Р2. Изменение149массы газа (m1 – m2)техническими весами.можноопределить,воспользовавшисьЭкспериментальная установкаДля определения универсальной газовой постоянной предназначенаэкспериментальная установка, общий вид которой приведен на рис.4.5.123458612119710Рис. 4.5Установка состоит из стеклянной колбы 3, имеющий штуцер 4 схорошо притертым краном 5. Штуцер колбы можно соединятьрезиновой трубкой 6 с мановакуумметром 7.Мановакууметр 7 служит для измерения разности атмосферногодавления и давления газа в колбе.
Нулевое деление мановакууметрасоответствует случаю, когда давление в колбе равно атмосферному.Давление газа в колбе понижается вращением рукоятки 9 вакуумногонасоса 8.Массы воздуха и колбы определяются с помощью технических весов.Для этого со стороны одной из чашек весов к коромыслу 2 подвешиваетсяколба 3, а с другой стороны на чашку весов помещаются разновески 1.Коромысло весов освобождается поворотом винта 11. Приуравновешенных весах стрелка 12 находится посередине шкалы 10.Порядок выполнения работы1. Открыв кран 5, колбу 3 подвесить к коромыслу 2 со стороныодной из чашек весов и уравновесить коромысло с помощьюразновесков 1. Определить суммарную массу (m0 + m1), где m0 - масса150пустой колбы, m1 - масса содержащегося в ней воздуха приатмосферном давлении Р1.
Результаты занести в табл. 4.2.2. По термометру определить температуру Т = (t + 273) К воздуха влаборатории.Таблица 4.2№ (m0+m1) (m0+m2)п.пкгкг(m1–m2)кгTК(Р1–Р2)ПаVRм3Джмоль КRДжмоль К1233. Колбу 3 соединить резиновой трубкой 6 с входным штуцероммановакуумметра 7. Выходной штуцер мановакуумметра должен бытьсоединен с насосом 8. Открыв краны на штуцерах мановакуумметра,откачать насосом воздух из колбы до некоторого давления Р2 и быстрозакрыть кран выходного штуцера мановакуумметра.
Записатьизмеренную разность давлений в таблицу, учитывая, что (Р1 Р2) [Па]равно показанию стрелки мановакууметра, умноженному на 105.Значение (Р1 – Р2) должно находится в диапазоне от 6 104 Па до 9 104 Па.4. На технических весах определить массу (m0 + m2), где m2 - массасодержащегося в колбе воздуха после откачки. Разность значений,полученных в п.1 и в данном измерении, равна (m1 – m2), т.е.
разностимасс воздуха в колбы при атмосферном давлении и после откачки.5. Измерения по пп. 1...4, повторить не менее трех раз для значений(Р1 – Р2) в пределах от 6 104 Па до 9 104 Па.6. По формуле (4.42) для каждого измерения определить полученноев опыте значение универсальной газовой постоянной R. Рассчитатьсреднее значение R по результатам опытов.Молярная масса воздуха равна = 0,029 кг/моль.Контрольные вопросы1. В чем заключается физический смысл универсальной газовойпостоянной?2. Какова размерность универсальной газовой постоянной в системеСИ?3.
Опишите метод, используемый в данной работе для определениязначения универсальной газовой постоянной.151ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 35Определение отношения теплоемкостейвоздуха при постоянном давлении ипостоянном объеме методом Клемана - ДезормаЦель работы: изучение процессов в идеальных газах и определениеотношения теплоемкостей .Методика измеренийДля определения отношения теплоемкостей методом Клемана Дезорма используется емкость, соединенная с открытым водянымманометром, 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.4.6), где по оси абсцисс отложеныобъемы одного моля воздуха. Повышение давления в емкости придостаточно быстром нагнетании воздуха сопровождается повышениемтемпературы до величины Т1.Затем вследствие теплопроводности стенок сосуда воздух взакрытой емкости изохорически охлаждается, и через некоторое времятемпература станет равной температуре окружающей среды Т0.РР1Р1IР2Р0IIIТ1=constТ0=constТ2=constIIV1V2V0VРис.
4.6При этом давление в емкости понизится до величины Р1. Уровнижидкости в манометре перестанут изменяться, и установится разностьуровней h1. Это состояние воздуха в емкости обозначим через 1, асоответствующие параметры - через Р1, V1 , Т0, причем152Р1 = Р0 + h1,(4.43)где Р0 - атмосферное давление во время проведения опыта, h1 установившаяся в манометре разность уровней.Если теперь соединить емкость с атмосферой, то произойдетадиабатическое расширение воздуха. Давление при этом понизится доатмосферного Р0, молярный объем газа увеличится до величины V2, атемпература уменьшится до величины Т2. Таким образом состояниегаза II будет характеризоваться параметрами Р0, V2, Т2.Однако вследствие теплопроводности стенок температура воздуха вемкости начнет повышаться изохорически, давление при этом будетувеличиваться.
Процесс закончится, когда температура воздуха вемкости станет равной температуре окружающей среды Т0. При этомдавление возрастет до величиныР2 = Р0 + h2,(4.44)где h2 - вновь установившаяся в манометре разность уровней.Таким образом, параметрами состояния III являются Р2, V2, Т0.В результате опыта будем иметь:Состояние I: Р1, V1, Т0.Состояние II: Р0, V2, Т2.Состояние III: Р2, V2, Т0.Поскольку переход из состояния I в состояние II происходитадиабатически, то здесь справедливо уравнение Пуассона (4.26),которое с учетом уравнения состояния идеального газа (4.4) можнопредставить в видеТconst.Р 1СледовательноТ0Т2.(4.45)1Р1Р0 1Переход из состояния II в состояние III происходит без измененияобъема, т.е.
изохорически, поэтому справедливо уравнение (4.5):Р0 Р 2.(4.46)Т2 Т0Подставив в уравнения (4.45) и (4.46) величины Р1 и Р2 из формул(4.43) и (4.44), получимР0h1P01T0T2, илиP0h2P0T0.T2153ОткудаР0h11P0P0h2P0.Разлагая обе части уравнения в ряд и считая, что h1/Р0 << 1 иh2/Р0 << 1, можно записать, ограничиваясь лишь двумя членами рядов:hh21 ( 1) 1 1.P0P0Тогда расчетная формула для определения примет видh1(4.47).h1 h 2Для определения отношения теплоемкостей воздуха= СР/СVиспользуется одна из экспериментальных установок: с автоматическим(№ 1, 2) или ручным (№ 3) нагнетанием воздуха.Экспериментальная установка № 1 с автоматическимнагнетанием воздухаОбщий вид установки № 1 с автоматическим нагнетанием воздухаприведен на рис.4.7.2314закр.откр.калькуляторзакр.сетьРис. 4.7Установка состоит из емкости 2, соединенной с открытым водянымманометром 1.
Нагнетание воздуха в емкость производится154микрокомпрессором, вмонтированным в установку. Включениемикрокомпрессора осуществляется тумблером 4. Рычаг 3 позволяетсоединять емкость 2 с микрокомпрессором (положение “Закрыто”) илис атмосферой (положение “Открыто”).Порядок 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 h1 вколенах манометра и полученное значение занести в табл.4.3.Таблица 4.3№п.п12345678910h1мм вод. ст.h2мм. вод. ст.––4. 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.4.3 найденную разность уровней жидкости h2.6. Опыт повторить не менее десяти раз, изменяя величину h1.7. В каждом опыте по формуле (4.47) определить отношениетеплоемкостей , а затем - среднее значение .8. Оценить погрешность результатов измерений.9.
Выключить установку тумблером “Сеть”.155Экспериментальная установка № 2 с автоматическимнагнетанием воздухаОбщий вид установки № 2 с автоматическим нагнетанием воздухаприведен на рис.4.8.23Температура 0СвклДавление кПавклВнутренняяНаружнаяКомпрессорСетьСхема установкиК1Воздух1ОткрытТемпературавнутренняяДатчикдавленияТемпературанаружнаяЕмкостьАтмосфераЗакрытАтмосфераКомпрессорРис. 4.8Установка состоит из емкости, соединенной с датчиком давления,который измеряет избыточное давление в емкости h1 и h2. Нагнетаниевоздуха в емкость производится компрессором, вмонтированным вустановку. Кран К1 позволяет соединять емкость с компрессором(положение «открыт»). При вращении регулятора 1 (до щелчка)емкость кратковременно соединяется с атмосферой.Порядок выполнения работы1. Включить установку тумблером “Сеть”.2.
Перевести кран К1 в положение «открыт».3. Включить тумблером 2 компрессор и накачать в рабочую емкостьнекоторое количество воздуха.4. Перевести кран К1 в положение «закрыт» и выключитьтумблером 2 компрессор.Избыточное давление есть разность давления в емкости Р и атмосферногодавления Р0.1565. Выждать, пока температура в емкости не станет равной температуреокружающей среды Т0 и не установится давление Р1 = Р0 + h1, при этомпоказания датчика давления перестанут изменяться. Записатьизбыточное давление в емкости h1 в табл.4.4Таблица 4.4№п.п12345678910h1кПаh2кПа––6.
Кратковременно соединить рабочую емкость с атмосферой,повернув регулятор 1 по часовой стрелке до щелчка. При этомпроизойдет адиабатическое расширение воздуха.7. Выждать, пока показания датчика давления не перестанутизменяться, т.е. давление в емкости окончательно установится.Занести в табл.4.4. значение избыточного давления h2.8. Опыт повторить не менее десяти раз, изменяя величину давленияh1, т.е. накачивая в емкость разное количество воздуха.9. В каждом опыте по формуле (4.47) определить отношениетеплоемкостей , а затем - среднее значение .10.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
