Лабораторная работа Определение коэффициента внутреннего трения и средней длины
![]()
|
Порядок выполнения работы
колбы с открытыми кранами и содержащимся в ней воздухом - ![]()
некоторого давления. Записывают показания манометра ![]()
аналитических весах определяют массу колбы и содержащимся в ней после откачки воздуха - ![]()
![]() Контрольные вопросы 1.В ходе какого процесса работа совершаемая телом, пропорциональна изменению его объема? 2. Какой процесс называется изобарическим? Напишите уравнение. 3. Какой процесс называется равновесным? 4. Объясните физический смысл универсальной газовой постоянной. 5. Объясните теорию метода измерения универсальной газовой постоянной. 6. Сравните полученный результат с табличным. Лабораторная работа 6 Определение отношения ![]() Цель работы: изучение адиабатического процесса и определение отношения теплоемкостей газа ![]() Необходимые приборы и принадлежности: 1) баллон с двумя трубками и кранами; 2) жидкостный манометр; 3) насос или резиновая груша. Теоретическое введение Теплоемкостью тела называют величину равную количеству теплоты, которое необходимо сообщить телу, чтобы повысить его температуру на один градус. Аналитически это определение записывается следующим образом: ![]() где ![]() ![]() ![]() Различают удельную и молярную теплоемкости. Теплоемкость к единице массы вещества называют удельной теплоемкостью ![]() ![]() ![]() ![]() Удельная ![]() ![]() ![]() где – ![]() Теплоемкость газа зависит от условий нагревания. Так для нагревания ![]() ![]() ![]() Удельная теплоемкость при постоянном объеме (или постоянном давлении)измеряется количеством теплоты, которое необходимо для нагревания ![]() ![]() Аналогично удельной теплоемкости определяются молярные теплоемкости - соответственно при постоянном объеме или при постоянном давлении, только вместо ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() В классической теории идеального газа устанавливается связь между теплоемкостью идеального газа и числом степеней свободы молекул. Числом степеней свободы ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Энергия колебательных степеней свободы вдвое больше, поскольку колебательная система обладает равными по величине средними значениями как кинетической , так и потенциальной энергии. Все числа степеней свободы молекулы равноценны. Поэтому, согласно закону равнораспределения на каждую поступательную и вращательную степень свободы в среднем приходится кинетическая энергия, равная ![]() ![]() Задача данной работы состоит в нахождении величины отношения ![]() ![]() ![]() ![]() Отсюда, ![]() где ![]() ![]() Видно, что значение ![]() Применяемый в этой работе метод определения отношения ![]() Адиабатическим называется процесс, при котором отсутствует теплообмен между системой и окружающей средой. К адиабатическим процессам можно отнести все быстропротекающие процессы (теплообмен не успевает совершиться). Например, распространение звука в среде; процессы сжатия и расширения в дизельных двигателях и т. д. В этой работе адиабатический процесс осуществляется при достаточно быстром расширении или сжатии газа. Условие адиабатичности будет выполнено, если процесс протекает так быстро, что теплообмен между газом и внешней (окружающей) средой не успевает произойти. Из условия ![]() ![]() Первый закон термодинамики записывается следующим образом: ![]() Работа, совершаемая системой над внешними телами равна: ![]() Внутренняя энергия одного моля идеального газа равна: ![]() И изменение внутренней энергии равно ![]() С учетом этих формул(10) и (11) первый закон термодинамики имеет такой вид: ![]() В отсутствии теплообмена с внешней средой ![]() ![]() Отсюда ![]() Из уравнения Менделеева - Клапейрона: ![]() Взяв дифференциал от обеих частей, придем к равенству: ![]() Отсюда: ![]() Приравнивая уравнения (14) и (17) получим: ![]() Введем обозначение через ![]() ![]() Тогда ![]() Это и есть дифференциальное уравнение адиабатического процесса для идеального газа. Наконец разделим (20) на произведение ![]() ![]() Проинтегрировав, получаем, ![]() Это уравнение является уравнением адиабатического процесса. Его называют уравнением Пуассона. Величина ![]() ![]() ![]() ![]() Так, как ![]() Теория метода измерения и описание установки Установка, применяемая в работе Клемана и Дезорма, представляет собой стеклянный баллон вместительностью в несколько литров ![]() ![]() Баллон наполняется воздухом при атмосферном давлении ![]() ![]() ![]() Отверстие крана и трубки для выпускания сжатого воздуха должны быть большими для того, чтобы воздух выпускался за очень короткое время, так как в противном случае процесс нельзя считать адиабатическим. Жидкостью в манометре является вода. Для характеристики состояния газа мысленно выделим внутри баллона произвольную порцию газа ограниченную замкнутой поверхностью. Эта поверхность на ![]() ![]() Газ, заключенный в сосуд («оболочку») последовательно проходит через три состояния. Каждое из этих состояний характеризуется соответственно давлением ![]() ![]() ![]() Для определения параметра первого состояния газа с помощью насоса в баллон («оболочку») дополнительно накачивается небольшая порция воздуха, затем кран ![]() ![]() Обозначим это давление ![]() ![]() ![]() ![]() 1 состояние: ![]() Затем на короткое время открывают кран ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 2 состояние: ![]() Затем кран ![]() ![]() ![]() ![]() 3 состояние: ![]() По измеренным давлениям ![]() ![]() Переход из первого состояния во второе совершается путем быстрого расширения, которое с достаточным приближением можно рассматривать как адиабатическое. Этот переход описывается дифференциальным уравнением адиабаты для идеального газа (20) ![]() Заметим, что разности давлений ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Теперь уравнение (20) можно написать так ![]() В состояниях же 1 и 3 температуры газа одинаковы. Поэтому в этих состояниях произведение ![]() ![]() или ![]() из этого соотношения совместно с предыдущим получаем ![]() В эту формулу входит отношение разностей давлений, а поэтому безразлично в каких единицах измерять давления. Проще всего разности давлений измерять в миллиметрах водяного столба с помощью манометра, как это показано на рисунке. Из графика процесса ![]() ![]() ![]() С учетом этих формул для определения величины отношения теплоемкостей имеет такой вид: ![]() |