50430

Изучение газовых законов. Определение показателя идиабаты и политропы

Лабораторная работа

Физика

Кран 3 открыт давление в сосуде. Температура газа в сосуде равна температуре окружающей среды . Нагнетание насосом 5 воздуха в сосуд: воздух в сосуде нагревается до температуры при закрытом кране K. Проведём измерение конечного давления в сосуде после ходов насоса при различных но небольших скоростях его вращения.

Русский

2014-01-23

287.5 KB

10 чел.

Министерство Образования Республики Беларусь

Брестский Государственный Технический Университет

Кафедра Физики

Лабораторная работа M-10

по Физике

Тема: «Изучение газовых законов. Определение

Показателя идиабаты и политропы».

Выполнил:

студент группы ПЭ-1

Заяц Александр Игоревич

_____________________

Проверил(а):

Янусик  И.С.

_____________________

Брест 2004г.

Цель работы: изучение газовых законов, опытное определение показателя адиабаты и политропы воздуха.

Приборы и принадлежности: баллон, манометр, насос Камовского.

Схема установки: Установка состоит из стеклянного сосуда (см. рисунок), закрытого пробкой 2. Сосуд сообщается с атмосферой через кран 3, манометром 4, насосом 5. с помощью насоса в сосуд нагнетается воздух. Кран 3 служит для выпускания воздуха из сосуда. Манометр 4 измеряет избыточное давление (∆P).

Ход работы:

Опыт 1: Определение показателя адиабаты.

  1.  Закроем кран 3, накачаем воздух насосом 5. Спустя 2-3 минуты запишем добавочное давление , показываемое манометром 4.
  2.  Быстро откроем кран и через 1-2 секунды быстро его закроем.

N

1

30

18,2

-0,68

2

20,8

1,92

3

17,4

-1,48

4

21,1

2,22

5

16,9

-1,98

18,88

0,65

  1.  Через 2-3 минуты запишем показания добавочного давления . Повторим опыт не менее 5 раз и занесём все показания в таблицу.
  2.  Рассчитаем погрешности определения  и .

, где коэффициент Стьюдента, а среднеквадратичная погрешность всей серии наблюдений. Поскольку в лабораторном практикуме принята доверительная вероятность , то для 5 измерений .

, где

случайное отклонение результата i-того измерения от среднего.

Следовательно,

Тогда, согласно формуле (1.2), получим: .

И окончательно, .

5. Рассмотрим процессы, происходящие с газом при выполнении данного опыта. Изобразим это на диаграмме состояний в координатах (P,T) см. рисунок.

1. Кран 3 открыт, давление в сосуде . Температура газа в сосуде равна температуре окружающей среды .

1-2. Нагнетание насосом 5 воздуха в сосуд: воздух в сосуде нагревается до  температуры  (при закрытом кране K).

Кран открыт – воздух адиабатически расширяется. В состоянии 4 давление воздуха , а температура . В этот момент кран закрывается.

4-5 Изохорический нагрев газа из-за теплопроводности стенок сосуда при закрытом кране.

Для процесса 3-4 имеем: для процесса 4-5:.

Манометр измеряет избыточное давление. Вводя избыточные давления  и  в состояниях 3 и 5, соотношениями  и , учитывая, что  и  из (1.3) и (1.4) получим:

Прологарифмируем (1.5):  

Используем приближение  для  и для нашего случая получим:

.

Согласно формуле (1.5) для нашего случая .

  1.  Рассчитаем погрешность определения  согласно формуле (1.6):

Окончательный результат: .

Опыт 2: “Определение показателя политропы”.

1. Проведём измерение конечного давления в сосуде после  ходов насоса при различных, но небольших скоростях его вращения. Возьмём . Все измерения занесём в таблицу. Отметим угловую скорость вращения  такую, что при скоростях ниже этой, давление после  ходов не зависит от скорости. Далее в п.1 все измерения будем проводить при скоростях вращения не превышающих . Задаваясь рядом значений , найдём соотв. . Полученные значения занесём в следующую таблицу

8,24

12,1

6,18

11,7

5,24

10,6

3,30

4

4,02

8,5

6

6,02

12,2

8

8,24

15,9

Пусть V – объём сосуда, V0 – объём рабочей камеры насоса. Предположим, что давление в сосуде вначале равно атмосферному , а затем насос сделал K ходов и давление возросло до величины . Процесс, происходящий с газом при этом можно представить следующим образом. В начальном состоянии мы имеем объём воздуха, равный  при давлении , а в конечном состоянии весь этот воздух оказывается в сосуде объёмом  при некотором давлении . Если процесс накачки происходит достаточно медленно, то за счёт теплообмена воздуха в сосуде с окружающей средой, температура его при накачивании всё время равна температуре окружающей среды. Тогда на основании закона Бойля-Мариотта имеем:, где давление воздуха в сосуде после  ходов насоса при изотермической накачке. Объём насоса равен

Если процесс накачки происходит не очень медленно, то температура воздуха в сосуде будет больше температуры окружающей среды и процесс, происходящий с газом, будет политропический. Уравнение процесса имеет вид: , где показатель политропы; число ходов насоса в случае неизотермической накачки; конечное давление в сосуде в этом случае. Из

Формулы (2.2) и (2.5) можно упростить, если учесть, что избыточное давление в сосуде обычно много меньше атмосферного:

 .

Тогда (2.5) перепишется в виде:

Тогда, воспользовавшись разложением  , получим:

.

В пределе, при очень быстром накачивании, теплообмен воздуха в сосуде с окружающей средой вообще не успевает произойти, т.е. процесс, происходящий с воздухом, становится близким к адиабатическому. Поэтому при возрастании скорости накачки  уменьшается.

Найдём значения рабочего объёма насоса согласно таблице 2.2 и формуле (2.7) , а затем полученные результаты усредним ().

Пусть воздух накачивается в сосуд с абстрактным объёмом , тогда объём рабочей части:

2. Проведём измерения избыточных давлений в сосуде при тех же значениях K ходов поршня, но при скорости вращения равной . Результаты измерений занесём в таблицу.

В соответствии с формулой (2.6) при  имеем

4

1,30

2,5

6

1,83

3,3

8

2,33

4,0

. Следовательно,

 На координатной плоскости  нанесём соответствующие экспериментальные точки и убедимся, что они лежат на некоторой прямой. Коэффициент прямой найдём с помощью метода наименьших квадратов.

Образуем сумму . Искомая прямая будет соответствовать экспериментальным точкам наилучшим образом, если будут соблюдаться условия:

Значит, мы нашли значение показателя политропы при данной скорости вращения.

3. Проведём измерения п.2 при скорости вращения . Результаты измерений занесём в таблицу.

4

1,27

1,9

6

1,74

2,9

8

1,92

4,1

В соответствии с формулой (2.6) при

имеем: . Следовательно,

 На координатной плоскости  нанесём соответствующие экспериментальные точки и убедимся, что они лежат на некоторой прямой. Коэффициент прямой найдём с помощью метода наименьших квадратов.

Образуем сумму . Искомая прямая будет соответствовать экспериментальным точкам наилучшим образом, если будут соблюдаться условия:

Значит, мы нашли значение показателя политропы при данной скорости вращения.

4. Построим график зависимости n от .

Вывод: В результате проведенной работы мы:

  •  определили показатель с помощью насоса Камовского . Научились выводить расчётные формулы;
  •  определили объём рабочего хода насоса через абстрактный объём накачки V: ;
  •  определили показатели политропы при различных скоростях вращения насоса;
  •  установили, что при увеличении скорости накачки показатель политропы уменьшается.


Схема установки

Диаграмма состояний в координатах(P,T)

   Таблица 2.2

Таблица 2.1

  •  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81384. Разработка программы социологического исследования социальной работы 35.51 KB
  Программу социологического исследования это один из важнейших социологических документов в котором содержатся методологические методические и процедурные основы исследования социального объекта. Ее можно рассматривать как теорию и методологию конкретного исследования отдельного эмпирического объекта или явления которое представляет собой теоретикометодологическую основу процедур всех этапов исследования сбора обработки и анализа информации. Функции программы социологического исследования: Методологическая Методологическая функция...
81386. Качественные методы сбора первичной информации. Основное назначение и случаи применения 38.95 KB
  Качественные методы социологии : Фокусгруппа Проведение интервью в группе из 812 человек с определенными параметрами в зависимости от целей исследования. В групповой дискуссии интервьюируемый оказывается в ситуации общения с себе подобными что помогает снимать защитные психологические барьеры и облегчает выражение эмоциональных реакций. Источниками информации в таком исследовании могут быть письма личные документы фотографии образцы фольклора а также групповые интервью. Неструктурированные интервью диалог в начале которого не...
81387. Технология проведения качественных исследований. На примерах глубинного интервью и фокус-группового исследования 40.77 KB
  На примерах глубинного интервью и фокусгруппового исследования. Проведение интервью в группе из 812 человек с определенными параметрами в зависимости от целей исследования. В групповой дискуссии интервьюируемый оказывается в ситуации общения с себе подобными что помогает снимать защитные психологические барьеры и облегчает выражение эмоциональных реакций. Подготовка Фокусированное интервью как и любое другое социологическое исследование предполагает: написание программы где формулируется и обосновывается проблема определяются цель...
81388. Мониторинг как повторное социологическое исследование социальной работы: методология и методика 36.5 KB
  Мониторинг можно определить как постоянное наблюдение за процессом состоянием объекта развитием явления в течение достаточно длительного времени по одинаковой системе показателей и методике. За объектом мониторинга организуется достаточно постоянное слежение с помощью периодичного измерения показателей индикаторов которые достаточно полно его определяют. Социологический мониторинг это системно организованная совокупность регулярно повторяющихся исследований цель которых состоит в научноинформационной помощи заинтересованным...
81389. Применение метода контент-анализа в изучении социальной работы. Методика и методология проведения 39.59 KB
  Контентанализ представляет собой перевод в количественные показатели массовой информации текстовой аудиовизуальной цифровой с последующей статистической ее обработкой. Этапы контентанализа: Определение совокупности изучаемых источников или сообщений с помощью набора заданных критериев Формирование выборочной совокупности сообщений. Однако иногда контентанализ должен опираться на ограниченную выборку взятую из большего массива информации.
81390. Понятие социальной работы. Цели и задачи социальной работы 34.11 KB
  Цели и задачи социальной работы. Задачи: социальное обслуживание попечительство и наставничество социальная адаптация и реабилитация надзор профилактика и предупреждение возникновения кризисных ситуаций в социальной сфере диагностика социальных проблем и коррекция процессов социализации проектирование и реализация социальных проектов Цель социальной работы обеспечение достойных условий жизни человека которые являются необходимым фактором гармонизации отношений в обществе позволяющей ему раскрыть свои способности по деятельной...
81391. Социальная работа как социальный институт. Основные функции социальной работы 35.7 KB
  Социальную работу можно отнести к социальному институту т. ролей и статусов Возникла исторически В качестве функций социальной работы можно назвать: социальную диагностику это процесс исследования социального объекта явления путем распознавания и изучения причинноследственных связей отношений характеризующих его состояние и тенденции развития. социальную профилактику деятельность по предупреждению социальной проблемы социального отклонения или удержанию их на социально терпимом уровне посредством устранения или нейтрализации...
81392. Социальная помощь в России в доинституциональный период социальной работы 38.2 KB
  Что касается феодальной Древней Руси то законодательная база социальной защиты в этом обществе развивалась довольно медленно. При чем в эту эпоху уже имеет место дифференцированный адресный подход к клиентам социальной помощи: прокаженные и престарелые должны были быть устроены в богадельни а здравые питаться по дворам. и последующие реформы обозначили новые подходы в социальной политике самодержавного государства.