 |
8.1.2. Методика вимірювань і розрахунків.
|
|
|
|
8. 1. 2. Методика вимірювань і розрахунків.
Вимірювальна установка (рис. 8. 1) складається зі скляного балона 1 ємністю 15 чи 20 л, ізольованого азбестом, із двохходовим краном 2 у верхній частині для напуску і випуску повітря. Балон з'єднаний з U - образним диференціальним манометром 3 з міліметровою шкалою 4, заповненим підфарбованою водою, а також з мікрокомпресором 5 для нагнітання в нього деякої додаткової кількості повітря на початку досвіду. Шланг, що з'єднує балон з мікрокомпресором, має затиск.
Метод Клемана - Дезорма полягає у вимірі тиску газу (повітря) у балоні в двох станах з однаковою, кімнатною температурою, між якими реалізується адіабатичне розширення газу - випуск частини його в атмосферу - і ізохоричне нагрівання частини, що залишилася, до колишнього значення температури, до нового стану рівноваги з навколишнім середовищем. Робочу формулу для визначення g одержують при спільному рішенні рівнянь Клапейрона - Менделєєва і Пуассона, у яке входить g.
Нехай у балоні об’єму Vo знаходиться деяка кількість n1 повітря при температурі навколишнього середовища То і тиску 
, трохи більшому атмосферного Рo (1-й стан, його рівняння 
).
Швидко випустимо з балона деяку кількість повітря так, щоб тиск у ньому упав до атмосферного Рo, і закриємо балон.
Так як розширення - адіабатичне (його рівняння 
), то температура упаде до деякого значення - 
. Це стосується як повітря, що залишилося в балоні, так і випущеного в атмосферу і думкою відділеного від навколишнього. У цьому змісті початкова кількість повітря n1 займе об’єм 
, взагалі говорячи, невідомий, у балоні залишиться менша кількість повітря n2 (2-й стан, його рівняння 
чи 
).
|
|
|
Якщо балон залишити закритим, то через певну теплопровідність стінок температура повітря в ньому через 1-2 хвилини знову збільшиться до To, а з нею і тиск за законом Шарля - до 
(але Р2 < Р1, 3-й стан, його рівняння 
).
Комбінуючи приведені рівняння стану і рівняння Пуассона, виключимо з них об’єми Vо і V' і встановимо зв'язок між тисками:
Після логарифмування одержуємо вираження для g:
З огляду на те, що надлишкові тиски 
і 
малі в порівнянні з Рo, Р1 і Р2, робочу формулу можна спростити
де h1 - перевищення стовпа води в зовнішньому коліні манометра в порівнянні з внутрішнім на початку досвіду (1-й стан), h2 - та ж величина, але наприкінці досвіду (3-й стан), r - густина води.
Порядок вимірів.
1. Вставити вилку шнура мікрокомпресора в розетку мережі 220 В.
2. Поставити в горизонтальне положення (закрити) кран 2 і відпустити затиск на шлангу мікрокомпресора.
3. Включити мікрокомпресор кнопкою на корпусі і тримати, поки різниця рівнів у колінах манометра складе приблизно 120мм. Відпустити кнопку і затиснути затиск на шлангу.
4. Через 1-2 хв. виміряти сталу різницю рівнів води в колінах манометра h1, у мм.
5. Відкрити на 1 с і закрити кран 2, переконавшись, що різниця рівнів встигла зменшитися до нуля (адіабатичне розширення).
6. Ще через 1-2 хв. (ізохоричне нагрівання, а разом з ним і збільшення тиску) виміряти різницю рівнів води h2 у колінах манометра в мм.
7. Виміри по п. п. 2-6 повторити ще 5 разів.
Порядок розрахунків:
1. По експериментальним даним розрахувати 5 значень g, вони повинні знаходиться в межах від 1, 35 до 1, 45.
2. Знайти середнє значення < g> .
3. Розрахувати теоретичне значення gтеор
,
i = 5 для повітря.
4. Розрахувати відносне відхилення
5. Розрахувати середньоквадратичну похибку
6. В остаточний результат записати: g = < g> ± sg, gтеор, d.
|
|
|
