лабораторная работа физика. Лабораторная физика. Лабораторная работа 28 Определение отношения с р с v для газов
 Скачать 66.26 Kb.
|
|
Лабораторная работа № 2-8 Определение отношения Ср/СV для газов Цель работы: определить показатель адиабаты (коэффициент Пуассона) методом адиабатного изменения состояния газа (метод Клемана-Дезорма). Приборы и принадлежности: стеклянный баллон с краном, соединенный резиновой трубкой со стеклянным манометром, насос. Краткая теория Количество теплоты, необходимое для нагревания единицы массы (одного моля) вещества на один кельвин, называется удельной (молярной) теплоёмкостью вещества. Для газов эти теплоёмкости зависят от условий, при которых происходит нагревание. Так, удельная и молярная теплоёмкости газов при постоянном давлении больше, чем при постоянном объёме Ср > Сv , так как при нагревании газа при постоянном давлении (изобарический процесс) подведённое к газу количество теплоты идёт на увеличение его внутренней энергии, а следовательно и на увеличение её температуры и на совершение газом работы расширения для поддержания постоянного давления. Например, если поместить газ в сосуд с подвижным поршнем, обеспечивающим постоянное давление, то, нагревая его, он расширяется и поднимает поршень, совершая таким образом работу против внешних сил. Нагревая газ при постоянном объеме (изохорический процесс) всё количество теплоты, подведённое к газу, идёт на увеличение его внутренней энергии, так как работа газа в этом случае равна нулю. Коэффициентом Пуассона называется отношение теплоемкостей при постоянном давлении Ср к теплоемкости при постоянном объеме Сv . = (Ср / Сv ) (1) Метод Клемана - Дезорма для определения коэффициента Пуассона γ основан на адиабатическом расширении или сжатии газа. Адиабатическим процессом называется процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой. Коэффициент Пуассона называют также показателем адиабаты, так как он входит в уравнение Пуассона, характеризующее адиабатический процесс:  Установка для определения γ состоит из стеклянного баллона, соединённого с U – образным водяным манометром и насосом. В пробке баллона укреплён клапан (кран) с пружиной, посредством которого баллон может быть соединён с атмосферой. На шланге, соединяющем баллон с насосом, имеется зажим. Принцип действия установки состоит в следующем. В стеклянный баллон накачивается газ до определенного давления р1, превышающее атмосферное: р1=Н+h1, (2) где Н- атмосферное давление, выраженное в мм водяного столба, h1- разность уровней, т.е. избыток давления сверх атмосферного, измеренный водяным манометром в мм водяного столба. Температура газа в баллоне увеличится за счёт произведённой работы сжатия. Через некоторое время, вследствие теплообмена через стенки баллона, газ в баллоне примет температуру окружающего воздуха. Быстро открывается клапан (кран) и газ выпускается наружу до тех пор, пока давление в баллоне не станет равным атмосферному давлению. Выход газа происходит быстро, и, пренебрегая в первом приближении передачей тепла через стенки баллона, процесс расширения газа в баллоне можно считать адиабатическим. При этом расширяющийся газ совершает работу против внешних сил – внешнего атмосферного давления. Следовательно, температура газа в баллоне понизится. Если теперь закрыть кран (кран закрывается в тот момент, когда давление в баллоне станет равным атмосферному) и дать газу в баллоне нагреться до температуры окружающей среды, то его давление возрастет до некоторой величины p2 = H + h2, (3) где h2 – разность уровней, т.е. избыток давления в баллоне над атмосферным давлением (измеряется в мм водного столба). Из полученных трех состояний газа в баллоне несложно рассчитать коэффициент Пуассона. В баллоне выделим мысленно некоторую массу m газа, которая остается в баллоне на протяжении всего эксперимента. Рассмотрим три состояния этой массы, мысленно представляя соответствующие им параметры газа:
Сопоставляя первое и третье состояние газа, видим, что температура газа, занимающего объемы V1 и V2 одинакова. Согласно закону Бойля-Мариотта:  Из 1-го состояния во 2-е произошло адиабатическое расширение, тогда согласно уравнению Пуассона, можно записать  Из этих соотношений следует  Логарифмирование (8) дает  Так как давление H; H + h1 и H + h2 незначительно отличаются друг от друга, то в первом приближении логарифмы величин можно заменить их численными значениями. В таком случае (9) можно записать:  ,т. е. искомая величина  .Экспериментальная часть В процессе выполнения работы необходимо с помощью метода адиабатного изменения состояния газа (метод Клемана-Дезорма) измерить показания h1 и h2. Все результаты заносятся в таблицу 1.1. Таблица 1.1
Студент гр. ЗИВТ-201 Митин Алексей Витальевич__________________ (указать ФИО) Дата выполнения _03.01.2021__ Подпись преподавателя _________________ Обработка результатов измерений Найти среднее значение  Найти отклонения результатов каждого измерения от среднего           Найти среднюю квадратичную погрешность  Задать надежность α (0,9 или 0,95) и в таблице найти коэффициент Стьюдента tα = 1,7 при α = 0,9 Найти случайную погрешность измерения времени  Приняв за величину абсолютной погрешности измерений случайную погрешность, вычислить относительную погрешность  Выводы Изучен метод определения показателя адиабаты, основанный на методе адиабатного изменения состояния газа. В процессе выполнения работы измерены разности уровней жидкости в обоих коленах манометра, эксперимент ставился над Аргоном. Получено экспериментальное значение показателя адиабаты для Аргона.    |
