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

11 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

48318. Использование ИКТ на уроках русского языка при изучении орфографии в 6 классе 267.24 KB
  Применение информационно-коммуникационных технологий в преподавании русского языка на данном этапе модернизации образования - необходимость, так как они способствуют совершенствованию практических умений и навыков
48319. КРАТКИЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ИСТОРИИ ГОСУДАРСТВА И ПРАВА ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАН 478.5 KB
  Предмет и методология истории государства и права зарубежных стран. История государства и права зарубежных стран это общественная историкоправовая наука. Цель выявление исторических закономерностей развития государства и права.
48320. Общая характеристика рынка и рыночной экономики, особенности хозяйственной деятельности в условиях рынка 894.5 KB
  Рынок это общественный институт или механизм который сводит вместе покупателей предъявителей спроса и поставщиков продавцов отдельных товаров и услуг. Это товары доступные только очень состоятельным людям и производящиеся в очень ограниченном количестве; 2 в зависимости от особенности потребительского поведения и мотивации покупок отмечают: а товары регулярного и планового спроса товары постоянно приобретаемые населением в определенном количестве и ассортименте; б товары экстренной покупки товары которые приобретаются только...
48321. Планирование экономических процессов 334.35 KB
  Если техникоэкономические отношения отражают отношения по поводу рационального использования ресурсов их воспроизводства имеющимися технологическими возможностями то социально экономические отношения определяются характером отношений людей которые зависят от влияния отношений собственности в данном обществе. На основании разделения труда можно выделить: Материальное и нематериальное производство производит продукцию: группы А средства производства группы Б предметы потребления Сфера услуг и отрасли сферы производства Сфера...
48322. Здания и сооружения 152.5 KB
  Здания это наземные постройки с помещениями для жизнедеятельности человека жилые дома школы театры коровники теплицы и т. По назначению здания бывают гражданские жилые дошкольные спортивные торговые и т. По этажности здания делятся на малоэтажные.
48323. Алгебра с элементами логического анализа 18.95 MB
  Триггеры Триггеры спусковые или релаксационные устройства с двумя или более устойчивыми состояниями в которые они могут переключаться внешним информационным сигналом. По способу записи информации триггеры подразделяются на: 1 асинхронные; 2 синхронные тактируемые. В синхронных триггерах момент переключения определяется моментом смены кодовой комбинации на информационных входах. В синхронных триггерах смена состояний осуществляется в строго определенные моменты времени действуя специальным тактирующим...
48324. Статистика и ее основные понятия 440 KB
  Общей чертой сведений составляющих статистику служит то что в каждом конкретном случае объектом статистического изучения является статистическая совокупность состоящая из качественно однородных единиц но отличающихся по какимто другим признакам. Второй особенностью наблюдений является математический характер соответствующего признака в частности тип множества допустимых значений который принимает признак в процессе наблюдения. К таким признакам относятся например возраст рост и вес человека. В порядковой шкале соответствующие...
48325. ОСНОВИ ПРОВЕДЕННЯ ТА ОРГАНІЗАЦІЇ БУХГАЛТЕРСЬКОГО ОБЛІКУ ОПЕРАЦІЙ ПІДПРИЄМСТВА В ІНОЗЕМНІЙ ВАЛЮТІ 832 KB
  Відображення операцій в іноземній валюті одне з складних питань бухгалтерського обліку. Операціями в іноземній валюті вважаються господарські операції вартість яких виражена в іноземній валюті чи господарські операції що вимагають розрахунків в інвалюті. Для цілей відображення в бухгалтерському обліку і фінансовій звітності суму виражену в інвалюті за такими операціями необхідно перевести в гривневий еквівалент використовуючи валютний курс.