Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Порядок выполнения работы.

Экспериментальная установка

 

Схема установки показана на рисунке 1. Установка состоит из стеклянного сосуда 1, баллона 2 со сжатым воздухом и U- образного жидкостного манометра 3. Имеется также два крана – впускной кран 4, служащий для напуска газа в сосуд 1 из баллона 2, и выпускной кран 5 для соединения сосуда с атмосферой.

Вывод рабочей формулы.

 

Рассмотрим метод Клемана – Дезорма. Напустим воздух в стеклянный сосуд 1 (см. рисунок) и закроем кран 4. При быстром сжатии температура воздуха повышается. Поэтому после прекращения напуска разность уровней жидкости в манометре будет постепенно уменьшаться, пока температура воздуха внутри сосуда не сравняется с температурой окружающего воздуха. Назовем состояние воздуха в сосуде после выравнивания температур состоянием 1. Параметры состояния 1: V 1 - объем единицы массы воздуха; t 1 - температура воздуха; р1 - давление в сосуде.

Откроем кран 5 и, как только давление в сосуде сравняется с атмосферным, закроем его. Так как расширение происходит очень быстро, то процесс близок к адиабатическому и, следовательно, температура понизится до t 2. Объем единицы массы воздуха станет равным V 2. Воздух, оставшийся в сосуде, перейдет в состояние 2 с параметрами V 2, t 2, р22 –атмосферное давление). Так как температура t 2 меньше наружной, то воздух в сосуде будет постепенно нагреваться (вслед­ствие теплообмена с окружающей средой) до температуры окружающего воздуха t1. Это нагревание происходит изохорически, так как кран закрыт. Давление воздуха в сосуде увеличивается по сравнению с атмосферным, и в манометре возникает разность уровней h 2, т.е. воздух переходит в состояние 3 с параметрами V 2, t 1, р3.

Таким образом, мы имеем три состояния газа со следующими параметрами:

 

Состояние Параметр      
Объем V 1 V 2 V 2
Температура t 1 t 2 t 1
Давление p 1 p2 p 3

 

В состояниях 1 и 3 воздух имеет одинаковую температуру, следовательно, параметры этих состояний можно связать уравнением изотермического процесса (уравнением Бойля – Мариотта):

или (4)

Переход от состояния 1 к состоянию 2 происходит адиабатически, поэтому параметры их связаны уравнением Пуассона (3):

или . (5)

 

Из уравнений (4) и (5) получим

(6)

 

Прологарифмировав равенство (6), получим

, (7)

 

Если давление измерять жидкостным манометром, то вместо р можно писать соответствующую высоту жидкости. Тогда можно ввести обозначения

где H – атмосферное давление, h1 – разность уровней манометра в первом состоянии, h2 – разность уровней в третьем состоянии.

Тогда выражение (7) можно переписать в виде

Так как величины h 1 и h 2, выраженные в миллиметрах ртутного столба, очень малы по сравнению с Н и, следовательно, дроби h 1/ H и (h 1 - h 2)/(H + h 2) также незначительны, для нахождения величины логарифма можно воспользоваться приближенным выражением

,

где х - малая величина.

Поскольку х 2 и, тем более, х 3 - величины высших порядков малости, ими можно пренебречь, тогда lg(1 + x) @ x и, следовательно,

Пренебрегая величиной h 2 в сумме H + h 2, получим расчетную формулу

 

. (7)

Порядок выполнения работы.

 

1) открыв кран 4, напустить воздух из баллона 2 в сосуд 1; закрыть кран;

2) подождать, когда разность уровней жидкости в манометре стабилизируется, измерить разность уровней h 1;

3) открыть кран 5, и когда избыток воздуха выйдет из сосуда, быстро закрыть его (в данной работе параметры установки подобраны таким образом, что достаточно повернуть кран 5 на 180° чтобы давление газа в сосуде сравнялось с атмосферным).

4) подождать, когда разность уровней жидкости в манометре стабилизируется (температура воздуха в сосуде станет равной комнатной температуре); измерить разность уровней h 2.

5) повторить пп.1-4 не менее десяти раз (напуская в сосуд воздух до разного давления), по результатам измерений заполните таблицу:

 

 

Таблица 1

Физ. величина h 1 Dh1 h 2 Dh2 h 1 - h 2 g i
Ед. измерения Номер опыта            
1.            
2.            
           
n            

___________________

Примечание. Dh1 и Dh2 - приборная ошибка в измерении h 1 и h 2. Dh1= Dh2 = 1 мм.

6) вычислить g для каждого измерения по формуле (7); найти среднее значение ;

7) погрешность измерения в этом случае (величина g определяется многократно) допускается рассчитать как среднюю квадратичную для серии n измерений:

.

8) привести окончательный результат.

 

Контрольные вопросы

 

1. Что такое теплоемкость, молярная теплоемкость, удельная теплоемкость? Как они связаны? Какова размерность теплоемкости? От чего зависит молярная теплоемкость?

2. Почему Cp > CV с точки зрения первого начала термодинамики?

3. Какой процесс называют адиабатическим? Каким уравнением описывается адиабатический процесс? Изобразите адиабату в координатах p-V.

4. Какие термодинамические процессы происходят в данной работе? Изобразите эти процессы в координатах p-T, V-T, р-V.

5. Почему измерение давления следует производить не сразу после напуска (выпускания) воздуха, а через некоторое время?

 

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...