Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Методика определения отношения теплоемкостей
|
|
Для определения отношения теплоемкостей 
используют метод адиабатического расширения. Прибор для осуществления адиабатического расширения воздуха представляет собой баллон, соединенный с манометром и имеющий два крана К1 и К2 (рис.4).
Рис.4.
Через кран K1 воздух в баллоне соединяется с атмосферным воздухом, а через кран К2 в баллон нагнетается воздух. Если теперь закрыть кран K1, открыть кран К2 и накачать в баллон дополнительное количество воздуха, давление в баллоне станет больше атмосферного. Так как при накачивании воздух нагрелся в результате адиабатического сжатия, то необходимо подождать некоторое время, пока температура воздуха в баллоне станет равной температуре атмосферного воздуха T0. Обозначим через p1 давление воздуха внутри баллона, соответствующее показанию манометра p1 ’ (манометр показывает превышение давления над атмосферным). Тогда
, (20)
где po - атмосферное давление.
Два параметра p1 и To характеризуют состояние газа, которое мы назовем первым состоянием (состояние I: p1, To). Если теперь быстро открыть кран K1, то воздух в баллоне будет расширяться адиабатически, пока его давление не станет равным атмосферному po, при этом он охладится до температуры T1. Это второе состояние газа (состояние II: po, T1). Если в тот момент времени, когда давление воздуха в баллоне станет равно атмосферному, перекрыть кран K1, то давление воздуха внутри баллона начнет возрастать вследствие того, что охладившийся при адиабатическом расширении воздух в баллоне начнет нагреваться (тепло поступает из внешней среды). Это изохорический процесс. Возрастание давления p2 прекратится, когда температура воздуха в баллоне сравняется c внешней температурой To. Это будет третьим состоянием системы (состояние III: p2, To)
причем
’ (21)
где p2 ’ - показание манометра.
Так как переход из состояния II в состояние III произошел без изменения объема, то есть это изохорический процесс, то можно записать
или 
. (22)
К процессу адиабатического расширения (переход от состояния I в состояние II) применимо уравнение адиабаты в координатах p, Т
или 
. (23)
Подставив 
из уравнения(22), получим
. (24)
Прологарифмируем обе части (24)
(25)
и, подставив значения p1, p2 из (20, 21), получим
(26)
Так как величины 
и 
являются малыми (мы накачиванием до давлений, малых по сравнению с атмосферным), то выполняется условие ln(1+ x)» x, справедливое для малых x. Т.е. мы можем написать
. (27)
Откуда
(28)
Формула (28) является рабочей формулой для расчета g.
3. Описание лабораторной установки
Лабораторная установка для определения теплоемкостей (рис.5) включает в себя прибор для осуществления адиабатического процесса, компрессор и датчик температур, соединенный с цифровым вольтметром, градуированным в единицах температуры.
Рис.5. Схема лабораторной установки:
Б - баллон, М – манометр, В - вольтметр с датчиком температуры Т;
Компр. – компрессор, K1 и K2 - краны.
Прибор для осуществления процесса адиабатического расширения представляет собой баллон Б с кранами К1 и К2, соединенный с манометром. Воздух в баллон нагнетается компрессором. С помощью датчика температуры фиксируется момент времени, когда воздух в баллоне приходит в тепловое равновесие с атмосферным воздухом.
4. Задание
1. определить величину отношения теплоемкостей g = .
2. рассчитать абсолютную и относительную ошибки определения g.
3. данные измерений и вычислений занести в таблицу.
Таблица
| № опыта | p 1’ | p 2’ | p 1’- p 2’ | g | Dg |
| среднее значение |
5. Контрольные вопросы
1. Что называется внутренней энергией системы?
2. Что такое теплота? Работа?
3. Как формулируется первое начало термодинамики? Как оно выражается в математическом виде?
4. Что называется теплоемкостью газа?
5. Что такое изохорическая теплоемкость, изобарическая теплоемкость?
6. Что такое степени свобода? Какие они бывают?
7. Сформулируйте закон равномерного распределения энергии по степеням свободы.
8. Какой процесс называется адиабатическим?
9. Почему адиабата идет круче изотермы?
10. Как практически осуществляется изотермический и адиабатический процессы?
11. Как выводится расчетная формула для определения g?
12. В чем состоит метод определения g, используемый в этой работе?
6. Литература
1. Яворский Б.М. Курс физики / Б.М. Яворский, А.Л. Детлаф [и др.]. - М.: Высшая школа, 1965. - т.1, гл. Х, §§ 10.1, 10.2, 10.5.
2. Савельев И.В. Курс общей физики / И.В. Савельев. - М.: Наука, 1970. - т.1, §§102, 103.
3. Фриш С.Э.,. Курс общей физики / С.Э. Фриш, А.В. Тиморева. - М.: Физматиздат, 1962.т.1, §79.
4. Кикоин А.К. Молекулярная физика / А.К. Кикоин. - М.: Наука, 1976.
|
|