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

20066. Способы формообразования сферических и плоских поверхностей. Шлифование стекла свободным абразивом. Полирование стекла 39 KB
  Шлифование стекла свободным абразивом. Шлифование используется для придания необходимых форм размеров и образования поверхностей с тонкой структурой. Для формообразования поверхности с постепенным снижением шероховатости производят последовательно грубое среднее и тонкое шлифование. Грубое шлифование плоских поверхностей выполняют алмазными кругами на спец фрезерных или плоскошлифовальных станках.
20067. Влияние основных технологических факторов на процессы шлифования и полирования стекла. Обработка деталей на станках с жестко устанавливаемым инструментом. Способ свободной притирки 28.5 KB
  Обработка деталей на станках с жестко устанавливаемым инструментом. Обработка деталей на станках с жестко устанавливаемым инструментом. Для обработки оптических деталей способом свободного притира используются шлифовальнополировальные станки.
20068. Инструмент и приспособления для механического креплением заготовок. Блокировка оптических деталей 77.5 KB
  Приспособления с механическим креплением заготовок применяют на операциях обработки граней призм кругления дисков и т. Приспособления для обработки 3х граней призм плоскошлифовальном станкерис. Грани призм обрабатывают последовательно устанавливая приспособление на столе ст. Гипсованиерис крепят призмы с невысокими требованиями точности изготовления углов 3’ а также пластины.
20069. Классификация и технологичность конструкции. Заготовки и способы закрепления. Основные варианты изготовления осей и валов. Обработка многоступенчатых валов на многорезцовых токарных полуавтоматах 158.5 KB
  Основные варианты изготовления осей и валов. Обработка многоступенчатых валов на многорезцовых токарных полуавтоматах. При изготовлении валов исходные заготовки получают либо путем пластической деформации либо путем резки сортового или калиброванного проката.95 для единичного и мелкосерийного при изготовлении валов с небольшим перепадом диаметров используют горячекатаный нормальный прокат который разрезают на штучные заготовки.
20070. Структурные схемы приборов. Схема с последовательным соединением звеньев. Чувствительность. Погрешность 253.5 KB
  Структурной схемой называют схему содержащую предельно упрощенное обозначение функциональных узлов прибора или устройства а также логические связи этих узлов друг с другом. При эксплуатации прибора на его вход воздействует информативный параметр х измеряемая величина а также неинформативные параметры g1 g2 gn. При прохождении сигнала по компонентам прибора на подсистемы подузлы прибора воздействуют внутренние дестабилизирующие факторы q1 q2 qm которые так или иначе влияют на работоспособность этих узлов а следовательно и на...
20071. Дифференциальная схема соединения звеньев 55 KB
  Дифференциальной называется схема содержащая два канала с последовательным соединением преобразователей причем выходные величины каждого из каналов подаются на два входа вычитающего преобразователя. Вычитающий преобразователь это преобразователь с двумя входами выходная величина которого: у=у1у2 Оба канала дифференциальной схемы одинаковы и находятся в одинаковых условиях. В схеме первого типа измеряемая величина воздействует на вход одного канала а на вход другого канала подается величина той же физ. В схеме второго типа измеряемая...
20072. Схемы включения резистивных преобразователей. 86 KB
  I=E RxRИПRлсRE При изменении сопротивления резистивного преобразователя Rx изменяется ток Iр в цепи и следовательно показания прибора ИП. достоинства: простота Делитель напряжения E= IR1 Rx UХ= I Rx= E Rx Rx R1 Потенциометрическая схема включения резистивных преобразователей напряжение от источника питания E подается на крайние выходы резистивного преобразователя Rx. При этом напряжение нагрузки пропорционально перемещению движка при линейной функции...
20073. Мостовая схема включения резистивных преобразователей. Балансировка 79.5 KB
  Ветви с сопротивлениями R1 R2 R3 и R4 называются плечами моста. Ветви включающие измерительный прибор и источник питания называются диагоналями моста. Резистивные преобразователи могут включаться в 1 2 или все четыре плеча моста режим х. то выходное напряжение моста: ; где Uпит = Е напряжение питания.
20074. Схемы включения емкостных преобразователей. Резонансная схема 74.5 KB
  Резонансная схема. REM: Рассмотрим схемы преобразующие изменения с в напряжение: Резонансная схема Используется для включения недифференциальн. Чувствительность схема довольно высока. Схема чувствительна к температурным погрешностям имеет несимметричность ст.