Теория метода и описание установки.
Удельной теплоемкостью С газа называется скалярная физическая величина, численно равная количеству теплоты Q, которое необходимо сообщить единице массы газа, чтобы увеличить его температуру на 1 К:
Величина теплоемкости газов зависит от условий нагревания. Выясним эту зависимость, воспользовавшись первым законом термодинамики, который гласит: количество теплоты Q, сообщенное системе, затрачивается на увеличение ее внутренней энергии
При изохорическом (V=const) нагревании газа
Из формулы (1) следует, что
При изобарном (Р=const) нагревании газа тепло, сообщаемое газу идет и на увеличение внутренней энергии и на совершение газом работы против внешних сил:
поэтому Сравнивая уравнения (3) и (4), получаем Отношение удельных теплоемкостей при постоянном давлении и при постоянном объеме
В данной работе прелагается один из самых простых методов определения метод Клемана и Дезорма. Адиабатическим процессом называется процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой, т.е. считается, что процесс передачи тепла системе от окружающей среды отсутствует. Экспериментальная установка состоит из стеклянного баллона А (рис. 1), соединенного с манометром В и с насосом. Рис. 1
Если про помощи насоса накачать в баллон некоторое количество воздуха, то давление и температура воздуха внутри баллона повысятся. Вследствие теплообмена воздуха с окружающей средой через некоторое время температура воздуха, находящегося в баллоне, сравнятся с температурой внешней среды
Давление, установившееся в баллоне
где Р - атмосферное давление; Н - разность уровней жидкости в манометре; В - коэффициент перехода от разности уровней к давлению. Таким образом, состояние воздуха внутри баллона, которое назовем 1 состоянием, характеризуется параметрами
Если на короткое время открыть кран С, то воздух в баллоне будет расширяться. Этот процесс расширения можно считать адиабатическим. Давление в баллоне установится равным атмосферному Р, температура газа понизится до Следовательно, в конце адиабатического процесса, что назовем 2 состоянием, параметры состояния газа будут Р; Применяя к 1 и 2 состояниям уравнение (5), получим:
Охладившийся при адиабатическом расширении воздух в баллоне через некоторое время вследствие теплообмена нагреется до температуры внешней среды
где h- новая разность уровней в манометре. Объем воздуха не изменится и будет равен Это состояние воздуха, которое назовем 3 состоянием, характеризуется параметрами
Так как в состояниях 1 и 3 воздух имеет одну и ту же температуру (P+вH) Возведем обе части уравнения в степень
Решая совместно уравнения (6) и (7), получим:
Логарифмируя это выражение и решая относительно Так как давления Р, Р+вН и Р+вh мало отличаются друг от друга, то разности логарифмов можно принять пропорциональными разностям самих давлений и приближенно положить
Порядок выполнения работы
1. Открыть кран Д, при закрытом кране С накачать воздух в баллон так, чтобы разность уровней жидкости в манометре составила 30-40 мм. 2. Закрыть кран Д и выждать 2-3 минуты, пока благодаря теплообмену температура в баллоне не станет равной комнатной, и уровни в коленах манометра перестанут изменяться. 3. Отсчитать разность уровней Н жидкости в коленах манометра. 4. Открыть кран С и в тот момент, когда уровни жидкости обоих коленах манометра сравняются, быстро закрыть кран С. 5. Выждать 2-3 минуты пока газ, охлажденный про адиабатическом расширении, нагреется до комнатной температуры 6. По формуле (8) вычислить значение 7. Опыт повторить 5-7 раз, меняя величину Н.
Все полученные опытом (и вычислением) результаты измерений занести в таблицу отчета.
Таблица
Контрольные вопросы
1. Что называется удельной теплоемкостью? 2. Запишите и сформулируйте I начало термодинамики 3. Почему 4. Какой процесс называется адиабатическим? Запишите уравнение Пуассона. 5. Почему температура газа при адиабатном расширении уменьшается?
2(P,V V Рис. 2
Литература
1. Шубин А.С. Курс общей физики. 2. Савельев И.В. Курс физики, т.1 3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики, т.1.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|