Проверка абсолютной шкалы температур Кельвина газовым термометром постоянного объема

 

Считая воздух “идеальным” газом и выбрав его в качестве “термометрического тела”, для процесса V = const можно записать:

(41)

 

Где: T₁ и P₁ – соответственно температура и давление газа в первом состоянии; Т_i и P_i - соответственно температура и давление газа в i-состоянии.

Величину давления газа в процессе V = const можно выбрать в качестве “термометрического свойства”.

 

В опыте измеряется температура воздуха T_i в калориметрическом сосуде постоянного объема V и соответствующее ей давление P_i в герметическом колене U-манометра, соединенном через водяной затвор с калориметрическим сосудом. Объем калориметрического сосуда V много больше объема воздуха Vo герметического колена U-манометра. Давление воздуха в этих объемах можно считать одинаковым.

Изохорный нагрев воздуха в калориметрическом сосуде приводит к изотермическому сжатию воздуха в герметичном колене U-манометра (т.к. V > > Vo).

(42)

Для ряда состояний воздуха в герметичном колене U-манометра можно записать:

Где: V₁ = S*h₁ – объем воздуха в манометре до начала изотермического сжатия; h₁ – высота “столба” воздуха до начала изотермического сжатия; S – площадь сечения “столба” воздуха; V_i – объем воздуха в манометре в i-состоянии; hi - высота “столба” воздуха в манометре в i-состоянии.

(43)

Соотношение (42) запишем в виде:

Где: ∆ h_i –изменение высоты “столба” воздуха в манометре при переходе из 1 состояния в i-состояние.

(44)

Из (42) и (43) следует:

Если температура воздуха в калориметрическом сосуде измеряется Х-К термопарой, проградуированной в шкале Цельсия, относительно окружающей среды, то:

 

(45)

 

Решая совместно уравнения (44) и (45), определим температуру окружающей среды (в лаборатории) в шкале Кельвина:

(46)

 

Построив график линейной зависимости (рис. 22)

(47)

 

можно определить тангенс угла наклона К и, следовательно, температуру окружающей среды (в лаборатории):

(48)

 

 

Лабораторная работа 7-2.

1. Соединить источник питания приборного модуля №10 с помощью проводов с гнездами 10 модуля №7, мультиметр (вольтметр) приборного модуля – с гнездами 5 модуля №7.

2. Перекрыть вентиль 8 сообщения правого колена U-манометра с атмосферой, вентиль 7 сообщения рабочего объема сосуда с микрокомпрессором.

3. Переключить тумблер 6 модуля №7 в положение “ < ” – измерение термо-э.д.с. термопары.

4. Произвести отсчет значения термо-э.д.с. ∆ ε ₁ по показанию мультиметра (вольтметра) приборного модуля.

5. произвести отсчет h1 высоты “столба” воздуха в правом колене манометра.

6. Включить электропитание приборного модуля. Ручкой регулятора напряжения источника питания приборного модуля установить напряжение на нагревателе калориметрического сосуда U (5…8) В. при этом необходимо следить за тем, чтобы изменение термо-э.д.с. и высоты “столба” воздуха ∆ hi в правом колене U-манометра происходило достаточно медленно.

7. Произвести отсчет значений термо-э.д.с. и разности уровней в коленах U-манометра ∆ h_i через (5...10) с. результаты 10…15 значений занести в таблицу.

 

 

Данные установки и таблица результатов измерений.

 

Температура воздуха в лаборатории to = … С.

 

Таблица 9.

 

№№ п/п	∆ ε, мВ	(h1 – ∆ h2), м	, м
1
2
3
…
…
…

 

8. Обработка результатов измерений.

1. Определить по ртутному термометру температуру воздуха в лаборатории to, Т = 273, 15 + to.

2.

Построить график зависимости:

3. Из графика определить тангенс угла наклона прямой К = Т₁ 0, 064.

4. Определить температуру окружающей среды Т в температурной шкале Кельвина.

5. Абсолютная погрешность определения величины К рассчитывается по методике, приведенной ранее (модуль №1).