13322

Визначення коефіцієнта Пуасона методом Клемана і Дезорма

Лабораторная работа

Физика

Лабораторна робота №8 Визначення коефіцієнта Пуасона методом Клемана і Дезорма. Мста роботи: аВивчення законів ідеального газу. бЕкспериментальне визначення показника адіабати. Прилади і матеріали: балон з двома кранами рідинний манометр ручний насос. Кор...

Украинкский

2013-05-11

473 KB

5 чел.

Лабораторна робота №8

Визначення коефіцієнта Пуасона методом Клемана і

Дезорма.

Мста роботи:

а) Вивчення законів ідеального газу.

б) Експериментальне визначення показника адіабати.

Прилади і матеріали: балон з двома кранами, рідинний манометр, ручний насос.

Короткі теоретичні відомості:

Газ можна нагрівати при сталому об'ємі і при сталому тиску. Виявляється, що для нагрівання газу при сталому тиску треба витратити більше теплоти ніж при сталому об’ємі. Уявімо собі дві однакові посудини. У першій посудині поршень може вільно, без тертя переміщатись, а в другій - поршень закріплений нерухомо. Під поршнем як у першій, так і в другій посудині однакова кількість того самого газу (тиск поршня врівноважується пружністю газу).

При нагріванні газу в першій посудині при сталому тиску (ізобаричний процес) теплота витрачатиметься на збільшення кінетичної енергії руху молекул газу (що виявиться в підвищенні температури газу) і на роботу розширення газу (що виявиться в підніманні поршня)

Коли ж у другій посудині поршень закріплений і переміщатися не може тобто при нагріванні об'єм газу залишається сталий (процес ізохоричний), то теплота в цьому разі витрачатиметься тільки на підвищення температури газу.

Отже, для нагрівання тієї самої маси газу до однакової температури при ізобаричному процесі треба витратити більше теплоти, ніж при ізохоричному, бо при ізобаричному процесі, крім витрати теплоти на нагрівання газу, теплота витрачається і на зовнішню механічну роботу ( чого немає при ізохоричному процесі).

Питома теплоємність газу при сталому тиску позначається Ср. А при сталому об'ємі Cv. Із сказаного вище зрозуміло, що Сv > Сp, Безпосереднє визначення цих теплоємностей зв'язане із значними труднощами, особливо визначення Cv

На досліді звичайно вимірюють лише Сp. Для цього нагрітий газ примушують проходити під сталим тиском по змійовику, зануреному в калориметр, якому таз і віддає свою теплоту. Оскільки через змійовик можна пропустити значну масу газу, то виміряти Сp можна досить точно.

Для вимірювання Cv газом наповнюють посудину сталого об'єму. Маса газу завжди буде дуже мала порівняно з масою посудини і, отже, теплота, яку вбирає газ, становитиме дуже малу частину теплоти, витраченої на нагрівання посудини. Через те Сv буде виміряне неточно. Величину Cv звичайно знаходять, знаючи Ср і відношення теплоємкостей  

Відношення ж  легко знайти експериментальне (дослідним шляхом) методом Клемана і Дезодерма. Метод Клемана і Дезодерма дуже простий і ґрунтується на адіабатичному розширенні або стисканні газу.

Адіабатичним процесом називається такий процес зміни газових параметрів, коли газ не дістає теплоти ззовні і не віддає її в навколишнє середовище. При швидкому стисканні газ нагрівається, а при швидкому розширенні - охолоджується. Чим швидше відбувається процес стискання або розширення газу, тим більше цей процес наближається до адіабатичного.

Процес, що відбувається при сталій температурі, і зв'язаний із зміною тиску та об'єму даної, маси газу називається ізотермічним.

Ця робота має на меті знаходження відношення  для повітря. Щоб виконати це завдання методом Клемана і Дезорма, треба мати досить велику посудин, наповнену повітрям і щільно закриту пробкою, через яку проходять три трубки (дві з кранами); одна з них сполучена з рідинним відкритим манометром, друга - з навколишнім повітрям, а третя - з грушею або з насосом для нагнітання (або висмоктування) повітря.

  1.  За допомогою груші або насоса С нагнітаємо в цю посудину А деяку кількість повітря (кран трубки К2, сполученої з повітрям, закритий). Коли повітря в посудині, що нагрілося при стисканні, охолоне і набуде температури навколишнього середовища, тобто кімнатної температури t, тоді визначимо за різницею рівнів рідини в обох колінах манометра В надмір тиску h1 повітря в посудині над атмосферним тиском Н. (Атмосферний тиск виражено висотою стовпа Н тієї самої рідини, що й у манометрі).

Щоб ясніше і краще уявити собі процеси, що відбуваються з повітрям, замкнутим у посудин, мислено виділимо в посудині деякий об'єм повітря, наприклад, від дна до рівня лінії ab, і тільки цей об'єм газу розглядатимемо далі при всіх наших міркуваннях.

Нехай виділений нами об'єм газу V1 (на рисунку обмежений прямою ab) відповідає розглядуваному станові повітря в посудині. Тоді повітря в цьому стані характеризуватиметься такими параметрами; H+h1, V і t1.

Відкриємо на короткий час кран трубки К1 сполученої з повітрям (рис.) і, коли деяка частина повітря вийде з посудини, тиск в посудині зменшиться до атмосферного Н, а виділений об'єм повітря збільшиться. Позначимо цей об'єм повітря через V (на рисунку показано пунктиром). Температура t2. повітря в посудині при цьому швидкому розширенні (адіабатичний процес) зменшиться і буде нижча за кімнатну (тобто t2<t1). Цей новий стан повітря характеризуватиметься такими параметрами: Н, V, t2.

3) Через деякий час повітря, що охолодилося в посудині при швидкому розширенні температури, нижчої за кімнатну, нагріється і набуде кімнатної температури t1, причому його тиск внаслідок нагрівання збільшиться і перевищить атмосферний Н на величину h2, що дорівнює різниці рівнів рідини в колінах манометра. Виділений об'єм повітря не зміниться. У цьому третьому стані повітря характеризуватиметься такими параметрами:

H+h2, V, t1,

Умови

Тиск

Об'єм

Температура

1.

До відкривання крана, коли температура стала кімнатною

H+h1,

V1

t1

2.

У момент відкривання

Н

V

t2

3.

Після закривання крана, коли температура знов стала кімнатною

H+h2

V

t1

Розглядаючи цю таблицю» ми бачимо, що в першому і третьому станах температура газу однакова, а тому, застосовуючи закон Бойля-Маріотта, можемо написати:

(H+h1)V1=(H+h2)V      (1)

Порівнюючи перший і другий стани, ми помічаємо, що температури тут різні. Газ, переходячи з першого стану в другий, розширювався адіабатично (за рахунок своєї теплоти). А до цього процесу застосовують закон Пуассона, за яким дістанемо:

(H+h1)=H  (2)   

де  - шукане відношення теплоємкостей  .

Піднісши обидві частини рівняння (1) до степеня у дістанемо:

=             (3)

Поділимо тепер почленно рівняння (2) на рівняння (3):

Поміняємо місцями середні члени в останньому рівнянні

Прологарифмуємо цей вираз:

=[lg(H+h2)-lg(H+h1)]=lg(H)-lg(H+h1)

звідки, помінявши знаки, знаходимо:

Оскільки тиски Н, H+h1 і H+h2 мало відрізняються один від одного (Н - висота стовпа тієї ж рідини, що й у манометрі), то, обмежившись не зовсім точним результатом, можна логарифми чисел замінити числами (математичного доведення цього положення не наводимо).

У цьому разі знаходимо, що

Або остаточно

 

Ця формула і буде нашою остаточною формулою.

Отже, робота зводиться, нарешті, до вимірювання різниці рівнів у колінах манометра для визначення висот h1 і h2.

Середній результат, що його ми дістанемо з досліду. Слід порівняти з табличним значенням у, яке для повітря дорівнює 1.41.

Хід роботи:

  1.  Насосом накачати в балон деяку кількість повітря поки різниця рівней в манометрі не буде дорівнювати 15-20 см. Після цього добре закрити кран
    1.  Через 2-3 хвилини, коли температура повітря в балоні стане рівною кімнатній (рівні рідини в манометрі не змінюються), знайти різницю рівнів в манометрі з точністю до 1 мм h1.
    2.  Відкрити пробку балона на короткий проміжок часу, як тільки тиск в балоні стане рівним атмосферному (в цю мить рівні рідини в манометрі будуть на одній висоті). Температура газу в балоні знизиться.
    3.  Через 2-3 хвилини, коли температура в балоні буде дорівнювати кімнатній, знову визначити різницю тисків в манометрі - h2.

5.Дослід повторити 4-5 разів. Результат занести в таблицю.

Звітна таблиця

п/п

h1

h1

h2

h2

,%

Контрольні запитання:

  1.  Що називається коефіцієнтом Пуасона?
    1.  Який процес називається адіабатичним?
      1.  Записати і пояснити рівняння Пуасона для адіабатичного процесу.
      2.  Пояснити поняття питомої теплоємності, при постійному об'єму (тиску).
      3.  Яка причина зниження температури при адіабатичному розширенні газу?
      4.  Навести приклади інших термодинамічних процесів.

Література:

  1.  Ахматов А.С. Лабораторний практикум по фізиці. - К: Вища школа, 1980.
    1.  Дущенко В.П. Фізичний практикум: ч. 1,- К.: Вища школа, 1981.
      1.  Кіко'ін І.К., Кікоїн А.К. Молекулярна фізика.-М., 1963.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

77305. Анализ подходов к отладке параллельных вычислений 19 KB
  Фактически единственным способом является поочередное подсвечивание строчек создающее иллюзию выполнения программы перед глазами пользователя. Выполнение программы отождествляется с ее исходным текстом вообще говоря статическим. Попытки же напрямую исследовать динамику выявляют огромную сложность рассмотрения реальной программы и в основном ограничиваются небольшими фрагментами кода. Кроме того выполнение программы как последовательность операторов довольно плохо поддается визуализации.
77307. ФЕНОМЕН «ПРИСУТСТВИЯ» В ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ В КОНТЕКСТЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА 32.5 KB
  В статье рассматриваются вопросы применения технологии виртуальной реальности в образовании. Приводится определяющее термин виртуальная реальность понятие «присутствия» и показывается его влияние на интеллектуальную деятельность, что представляет большое значение для образовательного процесса с использованием сред виртуальной реальности.
77308. Psychological Aspects of Virtual Environment Use 33.5 KB
  Phenomen of presence nd immersion in to virtul environments re subject of psychology studies t the sme time they re extremely importnt from positions of computer visuliztion. Keywords: Presence virtul relity visuliztion. INTRODUCTION The presence phenomenon ws described s perceptionl illusion of immedicy or otherwise ldquo;sense of being thererdquo; ignoring the computer s intermediry between person nd the world it intercts with. The sme wy one cn describe involvement phenomenon tht s well s immersion is defined s component of...
77309. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В РАЗРАБОТКЕ СРЕДСТВ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ 33 KB
  Схема функционирования разрабатываемых в последние годы систем отладки примерно следующая в ходе вычислений собираются данные о работе процессов которые являются входными при построении того или иного вида отображения например графов вызовов или графов потоков данных. Однако все эти приемы скорее носят характер паллиативов изза возникающих проблем с реализацией как самого процесса вывода данных так и с интерфейсом удобным для программиста. В этой связи можно рассмотреть методику и среду распределенного и параллельного...
77310. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ СРЕДЫ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ 29.5 KB
  В этой связи можно рассмотреть историю развития средств интерактивной машинной графики предназначенных для обеспечения интерпретации данных и отметить увеличение ldquo;плотностиrdquo; при передаче информации от порядка тысячи элементарных векторов на экране до генерации в реальном времени практически полноценных фотореалистичных фильмов. Это состояние характеризуется как ощущение пребывания в ldquo;другом миреrdquo; в отличие от обычного для компьютерной графики...
77311. Психологические феномены виртуальной реальности 29 KB
  Ниже даются определения основных состояний переживаемых в виртуальной реальности показана их связь и взаимодействие что представляется важным как для дальнейших исследований так и для разработки систем компьютерной визуализации использующих среды виртуальной реальности. Среды виртуальной реальности являются развитием симуляторов и тренажеров созданных еще в 60ые и 70ые годы XX столетия для летчиков и космонавтов. Одновременно с феноменом присутствия описывается феномен погружения как явление когда органы чувств пользователя...
77312. MODERN TENDENCIES IN THE DEVELOPMENT OF VISUALIZATION TOOLS FOR PARALLEL COMPUTING SOFTWARE 25 KB
  Urosov s fr s one cn see it is nturlly to use visuliztion tools both for needs of prllel progrmming nd presenttion of redymde prllel softwre. In the mid 90s of the 20th century mny systems for softwre visuliztion of prllel computing hve been developed. Judging by our observtions lst yers the intensity of development in the field of Softwre Visuliztion declined considerbly.
77313. СИСТЕМНЫЕ И ВИЗУАЛИЗАЦИОННЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ВИРТУАЛЬНОГО ИСПЫТАТЕЛЬНОГО СТЕНДА 84.5 KB
  Важную роль в большинстве этих системах играют средства визуализации связанные со сложной вычислительной моделью. Причем система визуализации служит в тоже время и средством управления численным экспериментом. Успех компьютерного эксперимента во многом зависит от средств визуализации которые могут использовать технологии виртуальной реальности как в ldquo;чистомrdquo; виде так и в варианте ldquo;расширеннойrdquo; ugumented реальности. Известная схема получения результата в области численного компьютерного моделирования...