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

80791. Правовая охрана земель 36.31 KB
  Охрана земель осуществляется на основе комплексного подхода к земельным угодьям как к сложным природным образованиям и ставит следующие цели: предотвратить деградацию и разрушение земель другие неблагоприятные последствия хозяйственной деятельности путем стимулирования природоохранных технологий производства; обеспечить улучшение и восстановление земель подвергшихся деградации или нарушению; создать механизм учета и проверки экологического состояния земель ст. 100 Земельного кодекса РСФСР. Законодательством предусматривается...
80792. Правовая охрана недр 49.69 KB
  правовые меры охраны водных объектов Статья 55. Основные требования к охране водных объектов 1. Собственники водных объектов осуществляют мероприятия по охране водных объектов предотвращению их загрязнения засорения и истощения вод а также меры по ликвидации последствий указанных явлений. Охрана водных объектов находящихся в федеральной собственности собственности субъектов Российской Федерации собственности муниципальных образований осуществляется исполнительными органами государственной власти или органами местного самоуправления в...
80793. Правовые меры охраны морской воды 36.9 KB
  Конкретизированы экологически значимые виды деятельности которые могут ими осуществляться проведение исследований разведка и разработка добыча водных биологических ресурсов и других природных ресурсов внутренних морских вод и территориального моря а также другая деятельность в том числе с борта летательного аппарата. Экономические отношения по эксплуатации природных ресурсов внутренних морских вод и территориального моря строятся на основе принципов: платности пользования; ответственности за нарушения условий хозяйственной...
80794. Правовое регулирование охоты и рыболовства 34.38 KB
  Законодательство о рыболовстве и сохранении водных биоресурсов основывается на следующих принципах: 1 учет значения водных биоресурсов как основы жизни и деятельности человека согласно которому регулирование отношений в области рыболовства и сохранения водных биоресурсов осуществляется исходя из представлений о них как о природном объекте охраняемом в качестве важнейшей составной части природы природном ресурсе используемом человеком для потребления в качестве основы осуществления хозяйственной и иной деятельности и одновременно как об...
80795. Правовая охрана атмосферного воздуха 34.01 KB
  Это Федеральный закон Об охране атмосферного воздуха акты федерального уровня о санитарноэпидемиологическом благополучии населения об отходах и т. Российское законодательство об охране атмосферного воздуха базируется на принципах приоритета охраны жизни и здоровья человека обеспечения благоприятных условий для жизни труда и отдыха недопущения необратимых последствий загрязнения атмосферного воздуха для окружающей среды обязательности государственного регулирования выбросов загрязняющих веществ и вредных физических воздействий на...
80796. Правовая охрана памятников природы, редких и находящихся под угрозой исчезновения растений и животных 32.41 KB
  Природные объекты и комплексы объявляются памятниками природы федерального значения а территории занятые ими особо охраняемыми природными территориями федерального значения Правительством Российской Федерации по представлению федеральных органов исполнительной власти в области охраны окружающей среды. Природные объекты и комплексы объявляются памятниками природы регионального значения а территории занятые ими особо охраняемыми природными территориями регионального значения соответствующими органами государственной власти субъектов...
80797. Правовой режим государственных природных заповедников 30.95 KB
  Исторически заповедники первая форма особо охраняемых природных территорий. 8 Федерального закона Об особо охраняемых природных территориях принимает Правительство РФ по представлению специально уполномоченного на то государственного органа Российской Федерации в области охраны окружающей природной среды. Природные комплексы и объекты земля воды недра растительный и животный мир на территории государственных природных заповедников полностью изымаются из хозяйственного использования ст.
80798. Правовой режим национальных парков 32.53 KB
  С учетом специфики данного вида особо охраняемой территории и задач которые на них возлагаются при создании на территориях национальных парков устанавливается дифференцированный режим особой охраны с учетом их природных историкокультурных и иных особенностей. Для этого в пределах национальных парков могут быть выделены следующие функциональные зоны: заповедная в пределах которой запрещены любая хозяйственная деятельность и рекреационное использование территории; особо охраняемая в пределах которой обеспечиваются условия для...
80799. Требования в области охраны окружающей среды при осуществлении хозяйственной и иной деятельности 30.56 KB
  При этом должны предусматриваться мероприятия по охране окружающей среды восстановлению природной среды рациональному использованию и воспроизводству природных ресурсов обеспечению экологической безопасности. Нарушение требований в области охраны окружающей среды влечет за собой приостановление по решению суда размещения проектирования строительства реконструкции ввода в эксплуатацию эксплуатации консервации и ликвидации зданий строений сооружений и иных объектов. Прекращение в полном объеме размещения проектирования...