9621

Визначення відношення теплоємностей для повітря по методу Клемана та Дезорма

Лабораторная работа

Физика

Визначення відношення теплоємностей для повітря по методу Клемана та Дезорма Мета роботи: вивчення закономірностей ізопроцесів, що протікають в газах визначення відношення теплоємностей Cp/CV. Молярною (або мольною) теплоємністю називається величин...

Украинкский

2013-03-14

50 KB

19 чел.

Визначення відношення теплоємностей для повітря по методу Клемана та Дезорма

Мета роботи: вивчення закономірностей ізопроцесів, що протікають в газах; визначення відношення теплоємностей Cp/CV.

Молярною (або мольною) теплоємністю називається величина, чисельно рівна кількості теплоти, яку треба надати одному молю речовини для підвищення його температури на 1К.

Теплоємність тіла масою в 1кг називається питомою теплоємністю с. Очевидно, що С=с, де – молярна маса речовини.

Теплоємність залежить від процесів зміни стану газу. Якщо процес в газі протікає при сталому об‘ємі (V=const), то він називається ізохоричним. В цьому випадку газ не здійснює роботи проти зовнішніх сил, і теплота, отримана газом, йде лише на збільшення внутрішньої енергії. При цьому молекулярна ізохорична теплоємність . При нагріванні газу при сталому тиску (p=const) газ розширяється, теплота, яка надається йому ззовні, йде не лише на збільшення запасу його внутрішньої енергії, але й на здійснення роботи проти зовнішніх сил, тому ізобарична теплоємність газу більше його ізохоричної теплоємності. Для молярної теплоємності с справедливе рівняння Майера c=cV+R.

Отже, відношення завжди більше за одиницю.

Для визначення відношення теплоємностей використовується експериментальна установка (див. малюнок), що складається зі скляного балона А, який сполучається з трубками, що ведуть до ручного насосу (на малюнку не зображений), до манометра М, кран К2 дозволяє сполучати балон з атмосферою, кран К1 сполучає балон з насосом. Надлишковий, у порівнянні з атмосферним, тиск повітря в балоні А виміряється U-подібним манометром, заповненим рідиною.

Якщо в закритий скляний балон накачати повітрям до тиску p1, який дещо перевищує атмосферний тиск p0 (температура газу при цьому буде дорівнювати кімнатній температурі T1), а потім відкрити кран К2, що сполучає балон з атмосферою, то тиск повітря почне зменшуватись, врівноважуючись з атмосферним. Температура його дещо понизиться внаслідок швидкого розширення, оскільки в цьому випадку нема теплообміну між повітрям в балоні та навколишнім середовищем. Робота по розширенню повітря буде відбуватись за рахунок зменшення його внутрішньої енергії. Процес, який відбувається без теплообміну із зовнішнім середовищем, називається адіабатичним та підкоряється закону Пуассона

pV=const, (1)

де .

Якщо теплопровідність стінок балона мала (скло має низьку теплопровідність), а отвір крана К2 досить великий, то рівновага по тиску встановиться значно швидше, ніж рівновага по температурі, та через деякий час температура в балоні знову приблизиться до кімнатної.

Використовуючи рівняння Клапейрона, вираз (1) можна записати у вигляді

  ; (2)

зауважимо, що в кінці адіабатичного розширення p2=p0, а температура T2 виявляється дещо нижчою кімнатної температури T1.

Після того як кран К2 знову відключає балон від атмосфери, відбувається повільне ізохорне нагрівання газу в балоні за рахунок теплообміну з навколишнім середовищем. Система досягає рівноваги. Температура Т3, що встановилась в балоні, дорівнює кімнатній температури T1. Процес вирівнювання температур при закритому крані підкоряється закону Гей-Люссака

  ;

якщо Т31, то .  (3)

Виключаючи з (2) відношення температур з допомогою (3), знайдемо

  .

Розв‘яжемо це рівняння відносно :

  .

Введемо позначення p1=p0+gh1; p3=p0+gh2.

Розкладемо логарифми в ряди; так як h1<<p0 та h2<<p0, то можна обмежитися двома першими членами розкладу:

  .

По аналогії

  .

Отже,

  . (4)

Таким чином, визначення зводиться до вимірювання різниці рівнів в манометрі h1 та h2.

Методика виконання роботи

  1.  Відкрити кран К1 при герметично закритому крані К2 та насосом накачати повітря в балон до тиску, що перебільшує атмосферний на 10-25 см вод.ст., та перекрити кран К1.
  2.  Виконати підрахунок різниці рівнів в манометрі.
  3.  На короткий час відкрити кран К2 та, щойно рівні рідини в манометрі зрівняються, швидко закрити його.
  4.  Почекати 2-3 хв, доки температура в балоні порівняється з кімнатною, т.т. припиниться переміщення рівнів у манометрі, та виміряти надлишковий тиск.
  5.  Підрахувати за формулою (4). Дослід треба виконати п‘ять-шість разів, повторюючи усі операції у вказаному порядку.

Дані дослідів звести в таблицю:

Номер досліду

h1

h2



1

2

Середнє значення

ср=

ср=

Знайшовши середнє значення , оцінити похибку вимірювання по середньому.

Контрольні питання

Від чого залежить теплоємність газів?

Який процес називається адіабатичним?

Які процеси використовуються при визначенні по методу Клемана та Дезорма?

Яка формула називається робочою для визначення ?

Як оцінюється похибка вимірювання ?

Література

Савельев И.В. Курс общей физики. т.І.—М.:Наука, 1977.—с.341-350.

  1.  Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики. т.I.—М.:Физматгиз, 1962.—с.180-188, 268-273.

Шубин А.С. Курс общей физики.—М.:Высшая школа, 1976.—с.110-126.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

75687. Стилистика имени числительного 164.35 KB
  Однако этот графический способ обозначения числа количества здесь уже не является единственным: параллельно могут быть использованы и словесные обозначения чисел количества что открывает пути к функционально-стилевому применению числительных.
75688. Стилистика местоимения. Употребление местоимений в разных стилях речи 158.67 KB
  Употребление местоимений в разных стилях речи При функционально-стилевой характеристике местоимений прежде всего обращает на себя внимание их особая употребительность в разговорной речи. В разговорной речи употребление местоимений сопровождается различными приемами их актуализации; ср. плеонастическое употребление местоимений при указании на субъект действия: Дима он не подведет или конструкции типа: Так оно и было; Идет она прическа платье все у нее по моде. Использование местоимений в разговорном стиле отличает также свойственная...
75689. Стилистическое использование грамматических форм имен прилагательных 117.66 KB
  Однако при субстантивации прилагательных их грамматические формы преображаются. В числе их немало экспрессивных прилагательных по своей семантике тяготеющих к эмоциональной речи что позволяет вводить их в поэзию: Несказанное синее нежное. Употребление прилагательных в значении существительных добавляет к их лексическому наполнению предметность и образность а форма среднего рода придает оттенок отвлеченности нередко создающей впечатление чего-то неуловимого не вполне осознанного: И повеяло степным луговым цветным из журн.
75690. Естественные и антропогенные опасности 11.99 KB
  Естественные и антропогенные опасности Опасностью называют различные явления процессы объекты способные в определенных условиях наносить ущерб здоровью человека или иным его ценностям а также представляющие угрозу для жизни человека. Антропогенные опасности возникают в результате воздействия человека на среду обитания своей деятельностью и продуктами деятельности техническими средствами выбросами различных продуктов и т.Чем выше преобразующая деятельность человека тем выше уровень и число антропогенных опасностей вредных и...
75691. Научно-технический прогресс и безопасность трудовой деятельности 18.21 KB
  Состояние условий труда при котором исключено воздействие на работающих опасных и вредных производственных факторов называется безопасностью труда. Безопасность труда это состояние трудовой деятельности труда обеспечивающее приемлемый уровень ее риска. Безопасность труда обеспечивается комплексной системой мер защиты человека от опасностей формируемых в рабочей зоне конкретным производственным технологическим процессом техническим объектом. Безопасность жизнедеятельности в условиях производства имеет и другое название охрана труда.
75692. Основные задачи специалиста (инженера) в области безопасности и труда 11.18 KB
  Задачи специалиста в области безопасности жизнедеятельности сводятся к следующему; контроль и поддержание допустимых условий параметры микроклимата освещение и др. жизнедеятельности человека в техносфере; идентификация опасностей генерируемых различными источниками в техносферу; определение допустимых негативных воздействий производств и технических систем на техносферу; разработка и применение экобиозащитной техники для создания допустимых условий жизнедеятельности человека и его защиты от опасностей; обучение работающих и...
75693. Основные причины аварий на производстве 14.55 KB
  Основные причины аварий на производстве Основные причины аварий и несчастных случаев: отступление от требований проектной и технологической документации; нарушение регламента ремонтных работ; неудовлетворительное техническое состояние оборудования; неэффективность производственного контроля; неосторожные или несанкционированные действия исполнителей работ; неправильная организация производства работ. Причины производственного травматизма и профзаболеваний Технические причины. Это причины не зависящие от уровня организации...
75694. Правовые, нормативно – технические и организационные основы обеспечения БЖД 12.7 KB
  Закон содержит свод правил охраны окружающей природной среды в новых условиях хозяйственного развития и регулирует природоохранительные отношения в сфере всей природной среды не выделяя ее отдельные объекты охране которых посвящено специальное законодательство. Задачами природоохранительного законодательства являются: охрана природной среды а через нее и здоровья человека; предупреждение вредного воздействия хозяйственной или иной деятельности; оздоровление окружающей природной среды улучшение ее качества. Эти задачи реализуются через три...
75695. Концепция приемлимого (допустимого) риска 94.13 KB
  Концепция приемлимого допустимого риска Традиционная техника безопасности базировалась на категорическом требовании обеспечить полную безопасность не допустить никаких аварии.В современных условиях от тезиса абсолютной безопасности перешли к концепции допустимого приемлемого риска суть которой в стремлении к такой малой безопасности которую приемлет общество в данный период времени.9 показан упрощенный пример определения приемлемого риска. Определение приемлемого риска Суммарный риск имеет минимум при определённом соотношении между...