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

20 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

66988. ЗАОЧНОЕ ПУТЕШЕСТВИЕ ПО ДНЕПРУ 56 KB
  Днепр - украинское название Дніпро, древнегреческое название Борисфен. Вторая после Волги река восточной Европы. Берет начало на Валдайской возвышенности и протекает по территории России, Беларуси, Украины. Делится натри часті, верхнее течение - от истока до Киева, среднее течение от Киева до Запорожья, и нижчеє течение - от Запорожья до устья.
66989. Образ Добрыни Никитича (былинский сказ). Иллюстрация к былине (портрет богатыря) 28 KB
  Цели: создать у детей целостный литературно-художественный образ былинного героя; показать его в творчестве художников; представить самим и воплотить представленное в рисунке; сформировать понятие о былине виде устного народного творчества; развивать интеллект логическое мышление учащихся...
66990. Морально-етична година 64.5 KB
  Обладнання: на дошці записана тема заняття прихована паперовою смужкою; оформлені висловлювання про добро: Раз добром нагріте серце вік не охолоне.Шевченко Добра людина із доброї скарбниці серця добре виносить а лиха із лихої виносить лихе. Життя таке коротке: поспішайте робити добро.
66991. Ми прийшли у цей світ, щоб творити добро 101.5 KB
  Допомогти учням зрозуміти зміст людського життя визначити своє місце в ньому навчити відрізняти добро від зла; сприяти вихованню в них людяності чесності працьовитості відповідальності любові до людей до рідної землі. На фоні музики читець декламує духовні заповіді Матері Терези Життя це можливість...
66992. «НЕМАЄ ВИЩОЇ СВЯТИНІ НІЖ ЧИСТЕ СЯЙВО ДОБРОТИ» 61.5 KB
  Людяність, милосердя, добро. Такі знайомі нам ці слова. Все частіше ми говоримо про них, а чи кожна людина відкрита для добра? Чомусь сьогдні наше суспільство заражене вірусом егоїзму, зла і жорстокості. Зачерствілі людські серця заросли ряскою байдужості до чужого горя, чужої біди, яких у нашому житті дуже багато.
66994. Про доброту і милосердя 310 KB
  Хто ж винен у ситуації до якої потрапив вовк Чи викликає у вас симпатію герой байки Чому Як можна допомогти вовкові 2. Як це не кайся Яку частину прислівя можна сказати саме вовкові ІІІ. Що можна віднести до милосердя А що ви вважаєте немилосердним ІІІ група Будь привітним.
66995. Доля, що дарує Надію 33.5 KB
  Одного разу Ніна Михайлівна їхала в поїзді і раптом почула по радіо повідомлення що пасажирці цього поїзду терміново потрібна донорська кров. Був випадок коли після забору крові прийшов вагон з мукою і Ніна Михайлівна пішла його розвантажувати. Ніна Михайлівна дістає із шухляди скриньку з паперами.
66996. Урок обучения грамоте 38 KB
  Формировать умение выделять эти звуки в речи. Ой что за звуки мы слышим сейчас Звучат голоса курицы и петуха гусей. Ребята что за интересные звуки сейчас прозвучали в нашем классе Какую песенку пропел петух Какие знакомые нам звуки вы услышали в пении петуха Запишите какими буквами они обозначаются.