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

50977. Кадровый потенциал предприятия: оценка и направления эффективности его использования, на примере ООО «Межрайонная специализированная организация» 1.34 MB
  изучить теоретический базис системы управления кадровым потенциалом предприятия; рассмотреть методологические аспекты управления кадровым потенциалом; дать организационно-экономическую характеристику торгового предприятия ООО «Межрайонная специализированная организация»; проанализировать структуры кадрового потенциала торгового предприятия...