ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7
ПРОВЕРКА ЗАВИСИМОСТИ МЕЖДУ ОБЪЕМОМ, ДАВЛЕНИЕМ И ТЕМПЕРАТУРОЙ ДЛЯ ДАННОЙ МАССЫ ГАЗА. Цель работы: опытным путем проверить справедливость уравнения состояния газа. Оборудование: 1. Прибор для проверки уравнения состояния газа (укороченный манометр). 2. Стакан химический с горячей водой. 3. Термометр. 4. Барометр (общий для всех) Теория Состояние данной массы газа характеризуется тремя параметрами: объемом V, давлением Р и термодинамической температурой Т. В природе и технике, как правило, происходит изменение всех трех величин одновременно, но при этом соблюдается закономерность, выраженная уравнением состояния газа: P1•V1/T1=P2•V2/T2=P•V/Т, при m = const. Для данной массы газа произведение объема на давление, деленное на термодинамическую температуру, есть величина постоянная. Проверить эту зависимость экспериментально можно, используя укороченный манометр (см. рис.1).
Рис. 1. Прибор состоит из "V''- образной трубки, запаянной с одного конца. Стеклянная трубка наполнена маслом и закреплена на металлической пластинке с делениями, по которой определяется высота столбика газа Н, закрытого маслом, разность уровней масла h. Порядок выполнения работы Опыт 1 1. Измерить величину атмосферного давления по барометру Ратм. 2. Измерить температуру в комнате, она же первоначальная температура газа в закрытой трубке манометра Т1. 3. Зарисовать положение масла в манометре (обозначить - опыт 1), указать численное значение его уровней в обоих коленах трубки. 4. Измерить длину газового столбика H1 в закрытой трубке (см. рис.1.). Объем столбика газа численно равен его длине (V = Н (V) - в таблице 1). 5. Измерить величину разности уровня масла в коленах трубки манометра h1. 6. Рассчитать давление масла, создаваемое разностью его уровней по формуле: Pм=ρмgh1 где ρм = 9,2*102 кг/м3, g = 10 м/с2. 7. Вычислить величину давления газа в закрытой трубке манометра по формуле: P1=Ратм±Рм, в зависимости от положения масла в коленах манометра (выбрать вариант по рисункам 1 и 2). 8. Сделать вычисления постоянной C1 = P1 • H1 / T1.
Опыт 2 1. Поместить манометр в стакан с горячей водой. 2. Измерить температуру горячей воды Т2. 3. Сделать 2-ой рисунок положения уровней масла в манометре (обозначить - опыт2), новые измерения и вычисления для опыта 2 так же как в пунктах 4-7 опыта 1. 4. Сделать вычисления постоянной С2 = Р2 * Н2 / Т2. 5. Найти из опытов 1 и 2 среднее значение постоянной "С": Сср = (C1+C 2) / 2 6. Вычислить абсолютную погрешность измерений: ΔС = | Сср- C1| 7. Вычислить относительную погрешность измерений: δC=ΔC1 * 100% / Сср 8. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1. 9. Все вычисления по опытам 1 и 2 подробно записать до таблицы 1. Таблица 1.
Контрольные вопросы Вариант 1 1. Почему в данной работе объем газа можно выражать в условных единицах? 2. Изменится ли данное число "С", если опыт проводить с другой массой газа? 3. Определить массу 20 л воздуха, находящегося при температуре 273К под давлением 30 атм. 4. В закрытом со всех сторон сосуде находится неидеальный газ, молекулы которого при ударах о стенки передают им часть кинетической энергии. Будет ли нагреваться сосуд, если он теплоизолирован от окружающей среды? 5. В баллоне находится газ при температуре 273 К и давлении 1,2·105 Па. Вследствие нагревания давление газа возросло до 1,8·105 Па. На сколько градусов нагрелся газ? Вариант 2 1. Какие причины влияют на точность определения постоянной "С"? 2. Производит ли газ давление в состоянии невесомости? 3. Газ при давлении 126,6 кПа и температуре 300К занимает объем 0,60 м3. Найти объем газа при нормальных условиях. 4. Запуск искусственных спутников Земли показал, что «температура» воздуха на высоте 1000 км достигает нескольких тысяч градусов. Почему же не расплавился спутник, двигаясь на указанной высоте? (Температура плавления железа 1520° С.) 5. Каким будет давление газа после его охлаждения от 30 до 0 оС, если при 30 оС давление газа было равно 2·105 Па? Объем считать постоянным. Рекомендуемая литература 1. Кикоин А.К, Кикоин И.К. Физика: учебник для 10 класса для школ с углубленным изучение физики. – М.: Просвещение, 1998. (Стр.42-54) 2. Омельченко В.П., Антоненко Г.В. Физика.- Р., 2005. (Стр. 105-108)
|
