Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Проведение эксперимента и обработка результатов.






 

До начала эксперимента (краны К1 и К2 открыты) убедитесь в том, что уровни воды в коленах манометра одинаковы, что свидетельствует о том, что давление в сосуде равно атмосферному. Закройте кран К1, а кран К2 подсоедините к насосу и быстро накачайте столько воздуха, чтобы разность уровней столбиков жидкости в манометре Δ h 25-30см. Сразу же закройте кран К2. Поскольку после закрытия крана имеет место процесс изохорического остывания воздуха до комнатной температуры, то следует выждать 1-2 минуты, пока температура газа в сосуде Б наверняка не достигнет комнатной. Об этом мы узнаем по установившейся, и уже неизменной со временем разности давлении, регистрируемой манометром. Снимаем показания манометра Δ h1 в мм водяного столба.

Затем открываем кран К1 и следим по манометру за падением давления воздуха при адиабатическом расширении. Воздух в сосуде при этом охлаждается. Как только уровни воды в коленах манометра выравниваются, кран К1 закрывается. После этого происходит процесс изохорического нагревания газа до комнатной температуры. Давление в сосуде при этом возрастает. Опять выжидаем 1-2 минуты, пока разность давлений не установится постоянной и снимаем показания манометра Δ h2.

По формуле (30) рассчитайте значение γ. Опыт повторите не менее 7 раз. После каждого опыта откройте краны К1 и К2 и сделайте выдержку порядка 1 минуты.

Результаты измерений занесите в таблицу и рассчитайте погрешность измерений.

При подготовке к работе обязательно проработайте указанную литературу.

Дополнительное упражнение №2 по более точному определению γ.

 

Расчетная формула (30) справедлива лишь в случае адиабатического процесса 3-4, происходящего от момента открытия до момента закрытия крана К1. На самом же деле в указанном интервале времени процесс не является чисто адиабатическим.

Для выполнения условия адиабатичности необходимо выполнение следующих условий:

1. В ходе процесса 3-4 кран К1 должен быть перекрыт в момент, когда давление станет равным Р0.

2. В ходе процесса 3-4 кран надо исключить обмен теплом, это возможно лишь в случае, если время, в течение которого давление падает от Р3 до Р40 настолько мало, что заметного теплообмена не произойдет.

Детальные расчеты показывают, что эти условия трудно выполнимы в ходе эксперимента. При остывании крана К1 воздух выходит через узкую трубку Т и при этом давление уменьшается со временем t по закону:

P = P0+Δ P1 exp (31)

L – коэффициент, показывающий, какой объем газа вытекает за 1 сек. – пропускная способность трубки:

L = 1, 88∙ 105 P , см3/с (32)

l и r – длина и радиус трубки в см, Р – давление в мм.рт.ст.

Расчеты по формулам 31 и 32 показывают, что для данной установки уже через 1/6 сек. После открытия крана давление внутри сосуда практически уже не отличается от атмосферного:

Манометр не успевает столь быстро реагировать на изменение давления и, если ориентироваться на его показания, кран К1 остается открытым на значительно большее время.

Предположим, что после достижения давления Р0 кран остается открытым на некоторое время t – время выдержки. В течение этого времени будет уже происходить не адиабатический, а изобарический процесс 4-6 в результате теплообмена с окружающей средой через стенки сосуда, кроме этого происходит расширение газа и уход из сосуда дополнительной массы газа.

В момент закрытия крана К1 (точка 6) происходит изохорический нагрев 6-7. Давление в баллоне достигает величины Р0+Δ Р, но т.к. точка 7 лежит на той же изотерме, что и точки 3, 5 то Δ Р уже меньше Δ Р2. Поскольку в эксперименте регистрируется именно Δ Р, то γ, рассчитанное по формуле (30) будет иметь погрешность, зависящую от времени выдержки.

Расчеты зависимости от времени задержки приводят к формуле:

 

(33)

где α зависит от коэффициента теплоотдачи сосуда, массы воздуха в баллоне и удельной теплоемкости воздуха Ср.

Из (33) следует:

График от t является линейной функцией и если экстраполировать его до t=0, то он будет отсекать на оси ординат отрезок (34)

Из (34) приходим к расчетной формуле: (35)

Эксперимент проводится также, как в предыдущем опыте, но дополнительно исследуется зависимость Δ Р (установившегося давления в сосуде после открытия крана К1) от времени открытия крана.

Последовательность измерений следующая: накачиваем насосом воздух в сосуд (процесс 1-2), так, чтобы величина Δ Р1, показываемая манометром, составляла порядка 40 см. вод. Столба. Закрываем кран К2 и выжидаем около 2 минут, пока температура воздуха в сосуде не станет равной комнатной. Измеряем установившееся значение Δ Р1 в мм. вод. Ст.

Затем открываем кран К1 (процесс 3-4) и одновременно включаем секундомер. Спустя время t закрываем кран. Выжидаем порядка 2 мин (процесс 6-7) в течении которого температура воздуха в баллоне поднимется до комнатной и записываем установившееся показание манометра Δ Р. Открываем оба крана, выжидаем пока давление в сосуде выровняется с атмосферным и аналогично проводим измерения с другими временами задержки.

Времена задержки выбираем следующие: t = 2, 4, 6, 8, 10, 12 с. Для каждого времени задержки опыт повторяется два раза в таблицу заносится среднее значение Δ Р для данного t. Затем строится график зависимости от t и путем экстра полирования его до пересечения с осью ординат определяют значение b и по формуле (35) находят значение γ.

Составьте таблицу для записи результатов измерений и расчета погрешностей самостоятельно.

 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.