Г.Г. Спирин - Механика, молекулярная физика и термодинамика (1012842), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Оценить погрешность результатов измерений.11. Выключить установку тумблером 3 «Сеть».Экспериментальная установка № 3 с ручнымнагнетанием воздухаОбщий вид установки с ручным нагнетанием воздуха приведен нарис.4.9.Установка 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.1573 4125Рис. 4.9Порядок выполнения работы1. Повернуть кран 3 так, чтобы соединить баллон 2 с насосом 5через трубку 4.2. 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 h1 вколенах манометра и полученное значение занести в табл.4.5.Таблица 4.5№п.п12345678910h1мм вод. ст.h2мм. вод.
ст.––1584. 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.4.4 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.Контрольные вопросы1. В чем заключается сущность описанного в работе методаопределения отношения теплоемкостей воздуха при постоянномдавлении и постоянном объеме?2. Опишите рабочий цикл установки по Р-V диаграмме.3. Покажите, что отношение теплоемкостей = СР/СV зависит лишьот числа степеней свободы молекул газа. Рассчитайте отношениетеплоемкостей для воздуха.ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 36(к)Адиабатический процессЦель работы: Исследование с помощью компьютерной моделиосновных термодинамических параметров газа в адиабатическомпроцессе.
Экспериментальное определение показателя адиабаты, атакже количества степеней свободы молекул газа.Методика измеренийПроцесс, проходящий без теплообмена с внешней средой,называется адиабатическим. В данной работе исследуется адиабатическоерасширение и сжатие газа в теплоизолированном сосуде.Рассмотрим зависимость давления и температуры газа от егообъема при адиабатическом процессе. Как было получено в разд. 4.1,связь давления и объема газа определяется уравнением Пуассона (4.26)P V const ,(4.48)гдеCP CV – показатель адиабаты, значение которого зависит отчисла степеней свободы молекулы газа (4.31):i 2.(4.49)i159Прологарифмируем выражение (4.48):ln Pln V ln( const )или(4.50)ln P kln V ,где k = ln(const).Уравнение (4.50) показывает, что зависимость логарифма давлениягаза от логарифма его объема lnP = f(lnV) является линейной. Построивпо данным эксперимента эту зависимость, можно по наклону прямойрассчитать показатель адиабаты , а также определить из (4.49) числостепеней свободы молекулы.Из уравнения Пуассона (4.48) и уравнения состояния идеальногогаза (4.4) следует, что температура газа и его объем в любых двухточках адиабатического процесса связаны соотношением (4.25)T1 V1 1 T2 V2 1 .(4.51)В данной работе эта зависимость подтверждается экспериментально.Порядок выполнения работыЗапустить программу, подведя маркер мыши под значок "ОткрытаяРис.
4.10160физика.1.1" на рабочем столе компьютера и дважды щѐлкнув левойкнопкой мыши. Выбрать раздел «Термодинамика и молекулярнаяфизика», затем - «Адиабатический процесс» (рис.4.10).Рассмотреть внимательно изображение на экране мониторакомпьютера. Найти рисунок элемента, в котором реализуетсяадиабатический процесс, и обратить внимание на его теплоизоляцию.Ознакомиться с графиком в правой части изображения.Нажать мышью кнопку «СТАРТ» и наблюдать на экранеперемещение поршня на модели и перемещение «крестика» по краснойкривой теоретической адиабаты. Остановка процесса осуществляетсянажатием кнопки «СТОП». Последующий запуск процессапроизводится нажатием кнопки «СТАРТ».Зарисовать рабочий элемент и примерный вид графика в свойконспект лабораторной работы. Дописать, если необходимо, нужныеформулы (кнопка с изображением страницы служит для вызоватеоретических сведений).1.
Нажать кнопку «ВЫБОР». Подвести маркер мыши к кнопкамрегулятора начальной температуры, находящимся под градусником.Установить первое из полученных вашей бригадой от преподавателязначение начальной температуры Тнач газа. Записать в табл.4.5 значениядавления Р1 и температуры Т1 газа при начальном объеме Vнач = 40 дм3.2. Произвести измерения при адиабатическом сжатии газа. Дляэтого нажать мышью кнопку «СТАРТ».
Останавливать процесснажатием кнопки «СТОП», когда крестик на теоретической адиабате(красная кривая) будет находиться вблизи следующих значенийобъема: V = 35, 30, 25, 20 и 15 дм3. Записывать при остановке значениядавления Р1 и температуры Т1, в таблицу 4.6.Таблица 4.6Tнач. = ____ К№п.п.123456Vдм3152025303540ln V–Р1кПаР2кПаРкПаln P–T1KT2KТКTтеорКЕсли остановить процесс вовремя не удаѐтся, перейти в пошаговоевыполнение: для этого надо нажать кнопки «║» и «Старт» и, нажимаякнопку « », выполнить процесс по шагам.1613. Повторить измерения по п.2 для адиабатического расширениягаза (т.е. изменяя объем от 15 дм3 до 40 дм3), записывая в табл.4.5значения давления Р2 и температуры Т2.4.
Для каждой пары измерений при одном и том же объеме газарассчитать среднеарифметические значения давленияPP1P22.(4.52)5. Подсчитать значения натуральных логарифмов от объема ln V исреднего давления ln P . Результаты записать в табл.4.5.6. Установить второе значение начальной температуры Тнач газа изданных для вашей бригады, и повторить измерения по п.п. 2–5,записывая результаты в таблицу 4.7.Таблица 4.7Tнач. = ____ 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 исогласно (4.50) определить показатель адиабаты как угловойкоэффициент наклона полученного графика по формулеln PA ln PB.(4.53)ln VB ln VA9.
Рассчитать среднеарифметическое значение показателя адиабатыпо результатам двух графиков.10. Из формулы (4.49) определить экспериментально полученноечисло степеней свободы молекулы исследуемого газа iэксп:2.(4.54)i эксп116211. По табл.4.1 определить теоретическое значение числа степенейсвободы i (ближайшее к экспериментально полученному) и числоатомов молекулы исследуемого газа.12. Вычислить относительную погрешность измерения по формуле:i i эксп100% .i(4.55)13. В каждой таблице рассчитать среднеарифметические значениятемпературы для одного и того же объема газаT1 T2Т.(4.56)214.
Согласно формуле (4.51) определить теоретические значениятемпературы Ттеор для каждого значения объема газаTтеорTначVначV1,(4.57)где Vнач = 40 дм3.15. По данным двух таблиц построить графики зависимостиизменения температуры газа от его объема T f (V) и Tтеор f (V)при адиабатическом процессе. Оценить наибольшую относительнуюпогрешность измерений температурыTтеорTтеорT100%.(4.58)16.
По всем построенным в лабораторной работе графикампровести анализ результатов и сделать выводы.Контрольные вопросы1. В чем заключается методика экспериментального определенияпоказателя адиабаты газа в данной работе?2. Как связан показатель адиабаты с числом степеней свободымолекулы идеального газа? Почему данную формулу нельзя применятьдля смеси газов?3. Подобрать распространенный газ, молекулы которого состоят изтакого же числа атомов, что и в эксперименте.4. Как изменяется температура газа а) при его адиабатическомрасширении, б) при адиабатическом сжатии?163ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 43Определение отношения теплоемкостейвоздуха при постоянном давлении ипостоянном объеме методом интерференцииЦель работы: определение отношения теплоемкостей = СР/СV наоснове процесса распространения звуковой волны в газе и измеренияскорости звука методом интерференции.Методика измеренийУпругими волнами называются механические возмущения(деформации), распространяющиеся в упругой среде.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
