37895

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ МАССЫ И ПЛОТНОСТИ ГАЗА МЕТОДОМ ОТКАЧКИ

Лабораторная работа

Физика

10 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 124 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ МАССЫ И ПЛОТНОСТИ ГАЗА МЕТОДОМ ОТКАЧКИ 1. Цель работы Ознакомление с одним из методов определения молярной массы и плотности газа. Теоретическая часть Состояние некоторой массы газа определяется значениями трёх параметров: давлением P под которым находится газ его температурой T и объёмом V.1 представляет собой уравнение состояния данной массы газа.

Русский

2013-09-25

140 KB

93 чел.

Содержание

  1.  Цель работы……………………………………………………………4
  2.  Теоретическая часть…………………………………………………..4
  3.  Экспериментальная часть…………………………………………….7
    1.  Приборы и принадлежности………………………………………..7
    2.  Требования по технике безопасности………………………………8
    3.  Порядок выполнения работы……………………………………….8
    4.  Обработка результатов измерений…………………………………8
  4.  Требования к отчету…………………………………………………..9
  5.  Контрольные вопросы………………………………………………...9

Список литературы……………………………………………………..10

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 124

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ МАССЫ И ПЛОТНОСТИ ГАЗА МЕТОДОМ ОТКАЧКИ

1. Цель работы

Ознакомление с одним из методов определения молярной массы и плотности газа.

2. Теоретическая часть

Состояние некоторой массы газа определяется значениями трёх параметров: давлением P, под которым находится газ, его температурой T и объёмом V. Эти параметры закономерно связаны друг с другом, так что изменение одного из них влечёт за собой изменение других. Указанная связь может быть задана аналитически в виде функции

.          (2.1)

Соотношение, дающее связь между параметрами какого-либо тела, называется уравнением состояния этого тела. Следовательно, (2.1) представляет собой уравнение состояния данной массы газа.

Если разрешить (2.1) относительно какого-либо из параметров, например P, уравнение состояния примет вид:

.         (2.2)

Это значит, что состояние газа определяется только двумя параметрами (например, давлением и объёмом, давлением и температурой или, наконец, объёмом и температурой), третий параметр однозначно определяется двумя другими. Если уравнение состояния известно в явном виде, то любой параметр можно вычислить, зная два других.

При не очень высоких давлениях, но достаточно высоких температурах газ можно считать идеальным. Под идеальным газом подразумевают такой газ, в котором можно пренебречь взаимодействием между молекулами, а  молекулы принять за материальные точки. Состояние такого газа описывается уравнением Менделеева – Клайперона:

,           (2.3)

где Р – давление газа, V – объём газа, m – масса газа, μ – молярная масса газа, R = 8,31 Дж/(моль·К) – универсальная газовая постоянная, Т – абсолютная температура газа.

Молярной массой называется масса одного моля вещества. В единицах СИ эта величина измеряется в килограммах на моль. Молем какого-либо вещества называется количество этого вещества, содержащее столько же структурных элементов (молекул, атомов, и т.д.), сколько атомов содержится в 0,012 кг изотопа углерода 12C. Молярную массу газа можно определить из уравнения газового состояния.

Из уравнения (2.3) можно получить формулу молярной массы газа:

    .           (2.4)

Если измерение давления Р, объёма V, температуры Т газа, т.е. параметров газа, входящих в формулу (2.4) не вызывает особенных трудностей, то определение массы газа выполнить практически невозможно, так как взвешивание газа возможно только вместе с сосудом , в котором он находится. Поэтому для определения μ необходимо исключить массу сосуда. Это можно сделать, рассмотрев уравнение состояния двух масс m1 и m2 одного и того же газа при неизменных температуре Т и объёме V.

Пусть в колбе объёмом V находится газ массой m1 при давлении P1 и температуре Т. Уравнение состояния (2.3) для этого газа имеет вид:

    .          (2.5)

Откачаем часть газа из колбы, не изменяя его температуры. После откачки масса газа, что оставалась в колбе, и его давление уменьшились. Обозначим их соответственно m2 и P2  и снова запишем уравнение состояния:

   .          (2.6)

Из уравнений (2.5) и (2.6) получим:

  .                  (2.7)

Полученная формула (2.7) даёт возможность определить μ, если известны температура, объём, изменение массы газа (но не сама масса), а также изменение давления.

В данной лабораторной работе исследуемым газом является воздух, который представляет собой смесь азота, кислорода, аргона и других газов.

Формула (2.7) пригодна и для определения μ смеси газов. Найденное в этом случае значение μ представляет собой некоторую среднюю или эффективную молярную массу смеси газов. Молярная масса смеси газов может быть рассчитана и теоретически.

Пусть в сосуде объёмом V имеется находящаяся в состоянии теплового равновесия смесь различных газов, не реагирующих химически друг с другом. Для такой смеси уравнение состояния имеет вид:

     ,                  (2.8)

где μс – молярная масса смеси газов.

С другой стороны, согласно закону Дальтона давление смеси газов равно сумме парциальных давлений её компонентов

,         (2.9)

где – парциальное давление  i = 1,2,3…n – компоненты смеси газов.

Из уравнений (2.8) и (2.9) получим:

,              (2.10)

где , , . . .  – относительное содержание каждой компоненты смеси газов.

Если известна молярная масса газа, то можно легко определить ещё одну важную характеристику газа – его плотность ρ. Плотность газа – это масса единицы объёма газа:

.         (2.11)

Определив  из уравнения Менделеева – Клайперона, получим

.         (2.12)

Плотность смеси газов можно вычислить по формуле (2.12), подразумевая под μ эффективную молярную массу смеси.

3. Экспериментальная часть

3.1. Приборы и принадлежности

Для определения молярной массы воздуха предназначена установка ФПТ 1– 12, общий вид которой показана на рисунке 1.

Рабочим элементом установки является стеклянная колба 4, соединённая со стрелочным вакуумметром 6, показания которого «Р» есть разность между атмосферным давлением в лаборатории P0 и давлением в колбе PК.

Рис. 1   Общий   вид   экспериментальной   установки  ФПТ  112:

1 блок измерительный; 2 – блок приборный; 3 – весы; 4 – колба;

5 – стойка; 6 – вакуумметр; 7 – кран.

Колба имеет отросток с краном 7, который с помощью резиновой трубки соединяется с входным патрубком измерительного блока 1, а  тот в свою очередь – с компрессором 5. Колба установлена на тарелке электронных весов 3. Значение объёма V колбы указано на рабочем месте.

3.2. Требования по технике безопасности

  1.  Перед началом выполнения лабораторной работы, внимательно ознакомьтесь с описанием экспериментальной установки.
  2.  Все электрические приборы, используемые, в экспериментальной установке должны быть обязательно заземлены.
  3.  Запрещается класть какие-либо посторонние предметы на приборы экспериментальной установки.
  4.  Запрещается прикасаться к оголённым участкам электрооборудования, предварительно их не обесточив. При обнаружении таковых – обратиться к преподавателю.
  5.  По окончании работы обесточьте приборы, приведите в порядок рабочее место.

3.3. Порядок выполнения работы

  1.  Подать напряжение питания на электронные весы, включив установку тумблером «Сеть».
  2.  С помощью электронных весов определить массу колбы с воздухом (m0 + m1) при давлении P1.
  3.  Включив компрессор тумблером «Пуск» и, открыв кран, откачать воздух из колбы. Определить массу колбы с воздухом (m0 + m2) при давлении P2. Полученные результаты занести в таблицу.
  4.  Повторить измерения согласно пунктам 2 – 3 не менее 3 раз.
  5.  Измерить температуру воздуха в лаборатории.
  6.  Выключить установку тумблером «Сеть».

Таблица

№ изме- рения

m0+m1,кг

m0+m2,кг

m1m2, кг

P1,Па

P2,Па

P1P2, Па

Т

µ,

кг/моль

ρ, кг/м3

3.4. Обработка результатов измерений

  1.  Для каждого проведённого измерения определить массу откачанного воздуха (m1m2) и разность (Р1 – Р2)
  2.  По формуле (2.7) вычислить для каждого измерения значение молярной массы воздуха μ. Найти среднее значение <μ>.
  3.  По формуле (2.12) вычислить для каждого измерения плотность воздуха, используя найденное значение молярной массы μ.
  4.  Вычислить абсолютную и относительную погрешности измерений μ и ρ.
  5.  Сравнить полученные данные молярной массы и плотности воздуха с табличными данными справочной литературы.

4. Требования отчету

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

  1.  номер, название лабораторной работы и цель работы;
  2.  приборы и принадлежности для выполнения работы;
  3.  блок–схему установки и основные расчётные формулы;
  4.  результаты измерений и вычислений в форме таблицы,   формулы и вычисления погрешностей измерений;
  5.  выводы по результатам работы.

5. Контрольные вопросы

  1.  Что такое молярная масса вещества, и в каких единицах она измеряется?
  2.  Запишите и объясните уравнение Менделеева – Клайперона. В каких случаях его можно использовать для практических вычислений?
  3.  Выполняется ли универсальный газовый закон для идеального газа, количество которого не сохраняется?
  4.  При каких условиях газ можно считать идеальным?
  5.  Как теоретически рассчитать молярную массу смеси газов?
  6.  Что такое плотность газа и как её можно определить экспериментально?
  7.  Выведите расчётную формулу для определения молярной массы, которая используется в данной работе.
  8.  Почему молярную массу газа нельзя определить непосредственно, используя уравнение Менделеева – Клайперона?
  9.  В чём заключается метод откачки для определения молярной массы газа?
  10.  Какие основные источники погрешностей измерений в лабораторной работе?

Список литературы

  1.  Савельев И.В. Курс физики: Учеб.: В 3-х т. Т.1:Механика. Молекулярная физика. – М.: Наука, Гл.ред.физ.-мат.лит.,1989, С.209–217.
  2.  Кикоин И.К., Кикоин А.К. Молекулярная физика. – М.: Наука, 1976, С.24–39.
  3.  Сивухин Д.В. Курс общей физики. Учеб. пособие: Для вузов. В 5 т. T.2. 4-е изд., стереот. – М.: Физматлит., Изд-во МФТИ, 2002, С.33–39.

PAGE  7

  1.  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

27405. Организация обучения младших школьников на уроках литературного чтения 73 KB
  Виды уроков литературного чтения: урок чтения одногодвух произведений чтение крупнообъемного произведения урок внеклассного чтения. Уроки чтения могут различаться по многим параметрам: по учебной задаче; по ведущей деятельности учащихся; по типу учебного материала. Современный урок чтения обладает с одной стороны обязательными компонентами так как он строится на определенном учебном материале воплощает собой конкретный замысел учителя учитывает психологические особенности детей с другой стороны ему присущи гибкость и подвижность...
27406. Проблема содержания обучения чтению в истории русской начальной школы 57.5 KB
  Основные принципы построения программы по чтению; содержание и тематика чтения на каждом году обучения; требования к знаниям умениям и навыкам учащихся. Особенности современных учебников литературного чтения их соответствие требованиям ФГОС начального общего образования. В основе УМК лежит технология формирования типа правильной читательской деятельности продуктивного чтения. У детей развиваются умения самостоятельно осваивать текст до начала чтения во время чтения и после чтения.
27407. Процесс работы над художественным произведением 105 KB
  Первичное знакомство и анализ содержания произведения в единстве с его художественными особенностями. Во время чтения учителя книги у детей закрыты их внимание полностью направлено на слушание произведения и сопереживание учителючтецу. В этом случае учитель для своего чтения выбирает: диалоги; описательные отрывки; начало произведения; заключительные строки произведения концовку. Однако прибегая к этому приему учитель должен иметь в виду ряд обстоятельств: не следует использовать грамзапись если произведение совершенно...
27408. Методика изучения сезонных изменений в природе 23.5 KB
  важны уроки обобщения ставят всё по местам = проведение сложных сравнений обощающего характера углубляет расширяет кругозор восприятие природы как целого Помогают: дидактич схемы наглядно показывают связи таблицы эстетика рассматривание художественных произведений: картин стихов музыкальных произведений Чайковский времена года Пример урок Осенние явления природы: беседа о состоянии неживой природы высота Солнца световой день t небо влажность почему произошли изменения анализ содержания установление...
27409. Значение уроков технологии, изобразительного искусства, музыки в системе начального общего образования 39.5 KB
  Источниками полноценного развития ребенка выступают два вида деятельности освоение прошлого опыта человечества за счет приобщения к современной культуре. самостоятельно реализация своих возможностей благодаря творческой деятельности способствует проявлению самодеятельности самореализации воплощению собственных идей. В творческой деятельности решаются поисковотворческие задачи с целью развить способности ребенка. под способностями понимаются индивидуально психологические и двигательные особенности индивида Способность к...
27410. Формирование регулятивных универсальных учебных действий у младших школьников на уроках технологии 31.5 KB
  Регулятивные УУД обеспечивают обучающимся организацию своей учебной деятельности: целеполагание что известно и неизвестно; планирование определение последовательности промежуточных целей с учётом конечного результата; составление плана и последовательности действий; прогнозирование предвосхищение результата и уровня усвоения знаний его временных характеристик; контроль в форме сличения способа действия и его результата с заданным эталоном; коррекция; оценка; саморегуляция. Специфика технологии: ...
27411. Формирование познавательных универсальных учебных действий у младших школьников на уроках технологии 25.5 KB
  Познавательные УУД: общеучебные логические постановка и решение проблемы.Общеучебные: самостоятельное выделение и формулирование познавательной цели; поиск и выделение необходимой информации структурирование знаний; выбор наиболее эффективных способов решения задач в рефлексия способов и условий действия контроль и оценка процесса и результатов деятельности;формы уд для формирования ууд: учебное сотрудничество творческая проектная учебноисследовательская деятельность контрольнооценочн и рефлексивная Д Познават общеучебные ууд...
27412. Формирование коммуникативных универсальных учебных действий у младших школьников на уроках технологии 26.5 KB
  Коммуникативные УУД: ‒ планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками определение цели функций участников способов взаимодействия; ‒ постановка вопросов инициативное сотрудничество в поиске и сборе информации; ‒ разрешение конфликтов выявление идентификация проблемы поиск и оценка альтернативных способов разрешения конфликта принятие решения и его реализация; ‒ управление поведением партнёра контроль коррекция оценка его действий; ‒ умение с полно и точно выражать мысли в соответствии с...
27413. Сравнительная характеристика современных программ и учебно-методических комплектов по технологии для начальной школы с учетом требований ФГОС НОО 32 KB
  УМК Перспективная начальная школа практикоориентированная направленность содержания обучения; применение знаний полученных при изучении других образовательных областей и тематические пересечения с образовательными предметами для решения технических и техно логических задач применение полученного опыта практической деятельности для выполнения домашних трудовых обязанностей. УМК Гармония; УМК Классическая начальная школа; Учебники из серии Маленький мастер Издательство АСТПРЕСС ШКОЛА; учебники образовательной системы Школа...