Студопедия — Краткая теория и описание прибора
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Краткая теория и описание прибора

1. Грабовский Р.И. Курс физики - М.,: Высшая школа. 1980

2. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. М.: Наука, 1972-74, т. 1

3. Савельев И.В, Курс общей физики. М.: Наука, 1977-79, т. 1

 

РАБОТА № 9

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТЕЙ Воздуха МЕТОДОМ АДИАБАТИЧЕСКОГО РАСШИРЕНИЯ

Приборы и принадлежности: стеклянный баллон с краном, манометр, насос (груша).

Краткая теория и описание прибора

Важными характеристиками вещества являются теплоемкость, мольная и удельная теплоемкость.

Теплоемкостью вещества называется количество теплоты, необходимое для нагревания вещества на 1 К.

Мольной теплоемкостью вещества называется количество теплоты, необходимое для нагревания моля на 1К.

Удельной теплоемкостью вещества называется количество теплоты необходимое для нагревания 1 кг вещества на 1 К.

Теплоемкость газа зависит от того при каких условиях он нагревается: при постоянном объеме или при постоянном давлении. Поэтому у газа различают две теплоемкости: теплоемкость при постоянном объеме C v и теплоемкость при постоянном давлении C p.

Первое начало термодинамики утверждает, что подведенное к газу тепло dQ затрачивается на изменение внутренней энергии газа dU и на работу расширения газа . Математически первое начало термодинамики выражается формулой:

dQ = dU + dA (1.1)

Если газ нагревается при постоянном объеме, то, следовательно, работа расширения газа dA = P × dV будет равна нулю, т.к. при V = const, dV = 0. Значит все подведенное к газу тепло идет на увеличение внутренней энергии газа.

Если же газ нагревается при постоянном давлении, то подведенное к газу тепло идет на увеличение внутренней энергии (при нагревании температура газа повышается) и на работу расширения (при постоянном давлении с повышением температуры изменяется объем газа).

Теория дает формулу для 1 моля газа:

C p = C v + R (1.2)

Эта формула носит название: уравнения Майера или 1 е начало термодинамики для одного моля газа.

Из уравнения Майера видно, что мольная С p газа больше мольной С v на величину R - универсальной газовой постоянной, т.е. на величину работы расширения моля при его нагревании на 1 К при постоянном давлении.

Непосредственное измерение С p и особенно С v затруднительно, т.к. теплоемкость газа составит ничтожную долю теплоемкости сосуда, заключающего газ, и поэтому измерение будет неточно, проще же измерить отношение величин . Величина g входит и в уравнение Пуассона, P × V g = const, описывающее адиабатические процессы изменения состояния идеального газа, поэтому для определения величины g в настоящей работе и предлагается метод адиабатического расширения.

Адиабатическим расширением называется такое изменение состояния газа, которое происходит без теплообмена с окружающей средой. Для адиабатического процесса первое начало термодинамики примет вид:

dQ = 0, dU + dA = 0 или dA = - dU (1.3)

Следовательно работа расширения газа будет совершаться за счет убыли внутренней энергии газа и температура его понизится. В случае адиабатического сжатия газа работа, совершенная на сжатие, повлечет за собой повышение температуры газа. Если процесс изменения состояния газа проводить достаточно быстро, то ввиду того, что теплопроводимость газа не велика, его можно рассматривать как весьма близкий к адиабатическому.

За характером процессов в опыте удобнее всего проследить на тех изменениях, которые будет претерпевать удельный объем, т.е. объем, занимаемый единицей массы газа. Для этого газ, для которого требуется определить g, помещают в бутыль с широким горлом. В пробку, закрывающую горло бутыли вставлены кран с широким отверстием и трубка, соединяющая бутыль насосом и жидкостным манометром, служащим для измерения давления внутри бутыли (см. рисунок установки). В качестве жидкости в лабораторной работе используется вода. Газом в бутыли является воздух. В стеклянный баллон (бутыль) при помощи насоса (груши) накачивают воздух, создавая этим внутри бутыли давление выше атмосферного. При этом температура газа незначительно повышается. Через некоторое время в результате теплообмена температура сравняется с окружающей, а уровни в манометре прекратят изменяться. Это состояние будет соответствовать началу опыта, на графике (рис. 1.1) это соответствует точке (1) с параметрами P 1, V 1, T 1.

Рис.1.1

 

Быстро открываем кран и когда шипение прекратится, кран мгновенно закрываем. В результате этой операции воздух адиабатно расширился, объем единицы массы газа увеличился, давление стало равным атмосферному, температура понизилась, на графике (рис. 1.1) этому состоянию соответствует точка (2) с параметрами Р 2, V 2, Т 2. Параметры состояния (1) и (2) связаны с уравнением Пуассона:

P 1 V 1g = P 2 V 2g (1.4)

Через 3-5 минут после закрытия крана воздух в бутыли нагревается до температуры Т 1 окружающей среды за счет теплообмена через стенки бутыли с окружающей средой. Новое состояние воздуха в бутыли будет характеризоваться параметрами Р 3, V 2, Т 1, точка (3) на рис. 1.1. Сравнивая состояние воздуха в бутыли (т. 3) с исходным (т. 1), видно, что они находятся при одной температуре. Поэтому по закону Бойля-Мариотта имеем:

P 3 V 2 = P 1 V 1 (1.5)

Возведя уравнение (1.5) в степень g и разделив его почленно на уравнение (1.4) получим:

(1.6)

Решая уравнение (1.6) относительно g, получим

(1.7)

Если величины Р 1 и Р 2, а так же Р 1 и Р 3 мало отличаются друг от друга, то отношение разностей логарифмов таких величин (чисел) с достаточно большей степенью точности можно заменить отношением разностей самих чисел. В этом случае получаем формулу:

(1.8)

Условия эксперимента позволяют упростить расчетную формулу (1.8) следующим образом. Выразим давление воздуха в баллоне Р 1 через атмосферное Р 2 и высоту столба жидкости в манометре h, соответствующую состоянию (1)

P 1 = P 2 + bh (1.9)

где b - коэффициент устанавливающий связь между давлением (Па) и (мм) водяного столба.

Для состояния (3) соответственно: P 3 = P 2 + bh 1, (1.10)

где h 1 - высота столба жидкости в манометре, соответствующая состоянию (3).

Тогда равенство (1.8) с учетом (1.9) и (1.10) примет вид:

 

- расчетная формула (1.11)

Таким образом, для определения надо найти h и h 1 и подставив их в формулу (1.11) получить g.




<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Порядок выполнения и обработка результатов измерения | ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 17. 1. Грабовский Р.И. Курс физики

Дата добавления: 2015-10-15; просмотров: 350. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Шрифт зодчего Шрифт зодчего состоит из прописных (заглавных), строчных букв и цифр...

Картограммы и картодиаграммы Картограммы и картодиаграммы применяются для изображения географической характеристики изучаемых явлений...

Практические расчеты на срез и смятие При изучении темы обратите внимание на основные расчетные предпосылки и условности расчета...

Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...

Дренирование желчных протоков Показаниями к дренированию желчных протоков являются декомпрессия на фоне внутрипротоковой гипертензии, интраоперационная холангиография, контроль за динамикой восстановления пассажа желчи в 12-перстную кишку...

Деятельность сестер милосердия общин Красного Креста ярко проявилась в период Тритоны – интервалы, в которых содержится три тона. К тритонам относятся увеличенная кварта (ув.4) и уменьшенная квинта (ум.5). Их можно построить на ступенях натурального и гармонического мажора и минора.  ...

Понятие о синдроме нарушения бронхиальной проходимости и его клинические проявления Синдром нарушения бронхиальной проходимости (бронхообструктивный синдром) – это патологическое состояние...

Классификация и основные элементы конструкций теплового оборудования Многообразие способов тепловой обработки продуктов предопределяет широкую номенклатуру тепловых аппаратов...

Именные части речи, их общие и отличительные признаки Именные части речи в русском языке — это имя существительное, имя прилагательное, имя числительное, местоимение...

Интуитивное мышление Мышление — это пси­хический процесс, обеспечивающий познание сущности предме­тов и явлений и самого субъекта...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.014 сек.) русская версия | украинская версия