Завдання. 1. Обережно відкрити кран 4, визначити час витікання 300 мл води

1. Обережно відкрити кран 4, визначити час витікання 300 мл води. Визначити за допомогою манометра різницю тисків . Дослід повторити 5-7 разів. Знайти середнє значення і .

2. Використовуючи формулу (7), визначити динамічну в’язкість . Радіус капіляра і його довжина дані як постійні приладу.

3. За формулою (3) визначити швидкість молекул газу.

4. За формулою (4) знайти густину газу. При цьому тиск повітря , його температура визначається за показами термометра і барометра, які є в приміщенні лабораторії.

5. Використовуючи формули (5) і (6), визначити ефективний діаметр молекул повітря.

6. Знайти похибки визначення і .

Контрольні запитання

1. В чому суть методу визначення середньої довжини вільного пробігу молекул в цій роботі?

2. Яка методика визначення динамічної в’язкості повітря в даній роботі?

3. Чому діаметр молекул називається ефективним?

Лабораторна робота № 2.03. Визначення показника адіабати повітря

Вступ

Питомою теплоємністю називається фізична величина, яка чисельно дорівнює кількості теплоти, яку необхідно надати 1 кг речовини для підвищення температури на 1 К. Ця величина вимірюється в Дж/(кг·К). Теплоємність газів залежить від способу їх нагрівання. Тому для газів розрізняють дві теплоємності: Теплоємність при постійному об’ємі і , що відповідає нагріванню газу при ізобарному процесі. Виходячи з першого закону термодинаміки і рівняння стану ідеального газу, можна показати, що для 1 моля ідеального газу

. (1)

Співвідношення (1) називається рівнянням Майєра, зміст якого полягає в тому, що при ізобарному нагріванні газу на 1 К витрачається більша кількість теплоти, ніж при такому ж ізохорному нагріванні. Різниця кількостей теплоти дорівнює роботі, здійснюваній газом при ізобарному розширенні.

Співвідношення теплоємностей є характерною величиною для кожного газу. Згідно з кінетичною теорією газів, це співвідношення дорівнює

, (2)

де – число ступенів свободи молекул. Число для одноатомних газів дорівнює 3, для двохатомних – 5, для багатоатомних – 6. Величина входить також в рівняння Пуассона (рівняння адіабати), яке зв’язує параметри газу – тиск і об’єм при адіабатному процесі:

. (3)

Крива, яка описується цим рівнянням, називається адіабатною, а величина g – показник адіабати. Часто використовується інша форма рівняння Пуассона

, (4)

де – термодинамічна температура. Адіабатичним називається процес, який протікає без теплообміну з зовнішнім середовищем (при умові ).В даній роботі для визначення сталої адіабати використовується процес адіабатного розширення повітря.

Метод визначення

Рис. 2.5

Установка (рис. 2.5) представляє собою посудину 1, заповнену повітрям і під’єднану до водяного манометра 2 і ручного насосу 3. За допомогою крану 4 посудина може з’єднуватись з атмосферою. Нехай спочатку повітря в посудині об’ємом , знаходиться під тиском . Якщо за допомогою насосу нагнітати в посудину деяку кількість повітря, то тиск і температура повітря всередині посудини підвищаться. Через деякий час (при закритих кранах 4 і 5) внаслідок теплообміну з оточуючим середовищем температура повітря в посудині зрівняється з температурою зовнішнього середовища , а тиск, що встановиться в посудині, дорівнює , де – додатковий тиск, вимірюваний різницею висот рівнів рідини в манометрі. Цей перший стан повітря в посудині характеризується параметрами , , . Якщо тепер відкрити на короткий час кран 4, то повітря в посудині буде розширюватися адіабатно, оскільки за короткий проміжок часу не встигне здійснитися теплообмін між повітрям в посудині і зовнішнім середовищем. В кінці адіабатного розширення повітря в посудині встановлюється атмосферний тиск, температура знижується до , а об’єм залишається рівним . Це буде другий стан повітря (параметри , , ). Якщо зразу в кінці адіабатного процесу, коли тиск в посудині впаде до атмосферного, закрити кран 4, то охолоджене повітря в посудині буде нагріватися і його тиск почне зростати. Тиск зросте до величини , коли повітря в посудині нагріється до температури зовнішнього середовища . Таким чином, третій стан газу характеризується параметрами , і .

Адіабатний перехід з першого стану до другого описується рівнянням (4):

(5)

Перехід від другого стану до третього проходить без зміни об’єму (ізохорний процес). Застосувавши до цього переходу рівняння, що описує ізохорний процес, одержимо:

. (6)

Розв’язуючи сумісно рівняння (5) і (6), знайдемо:

(7)

Так як тиски і , вимірювані манометром, пропорційні відповідним різницям висот в манометрі і , то остаточно

. (8)