Визначення відношення теплоємностей СP/CV для повітря методом Клемана–Дезорма

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторна робота

Визначення відношення теплоємностей СP/CV для повітря методом Клемана - Дезорма

Мета роботи

Ознайомлення з методом Клемана-Дезорма та визначення СP/CV для повітря.

Прилади та обладнання

Балон, рідинний манометр, мікрокомпресор.

клеман дезорм повітря теплоємність

Рис. Опис вимірювального пристрою та виведення розрахункової формули

Відношення СP/CVможна визначити багатьма експериментальними методами, зокрема з допомогою приладу Клемана - Дезорма, що складається з:

- скляного балона Б, закритого корком К;

- рідинного манометра М, під'єднаного до балона Б;

- мікрокомпресора Мк, який сполучається з балоном краном Кр.

Досліджуваним газом є повітря.

На початку досліду газ знаходиться у балоні при атмосферному тиску po і кімнатній температурі Т1, а під час експерименту послідовно проходить через 3 стани (рис.2):

Стан 1. Система перейде у стан 1, якщо при закритому корку К і

відкритому крані Кр у балон мікрокомпресором нагнітати

повітря до тиску

p1=po+gh1 (1)

Надлишковий над атмосферним тиск gh1 визначають у міліметрах водяного стовпа (h1 - виміряна в мм різниця рівнів води у колінах манометра).

Стан 2. Якщо повністю відкрити корок К, повітря з балону буде швидко розширюватися в атмосферу до вирівнювання тиску у балоні з атмосферним. Цей процес можна приблизно вважати адіабатним, він супроводжується охолодженням повітря до температури Т2< Т1. Газ, що залишився у балоні займав до розширення деяку частину об'єму балона V1 <VБ, після розширення його об'єм дорівнює VБ.

Перехід газу із стану 1 в стан 2 ілюструє крива 1-2 (адіабата).

Стан 3. Якщо закрити балон, газ у ньому внаслідок теплообміну буде ізохорно нагріватися до кімнатної температури Т1, при цьому тиск зросте до значення

p2=po+gh2 . (2)

Перехід газу із стану 2 в стан 3 ілюструє крива 2-3 (ізохора).

Зауважимо, що стани 1 і 3 відповідають одній температурі Т, отже і одній ізотермі (крива 1-3), тому згідно з законом Бойля-Маріотта:

p1V1=p2VБ (3)

Адіабатне розширеня 1-2 опишемо рівнянням Пуассона:

(4)

Поділимо рівняння (3) у степені гна рівняння (4)

, (5)

звідки випливає:

(6)

Пролоґарифмувавши (6), знайдемо г

г(7)

Перетворимо знаменник (7), додавши і віднявши lnp0, а також підставимо значення p1 і p2 з формул (1), (2):

г (8)

Атмосферний тиск po >> gh1; gh2, отже << 1;<< 1,

тому, використовуючи наближення ln(1+x) »x, з (8) будемо мати:

г , або г (9)

Отже, для знаходження гтреба експериментально визначити h1 та h2.

При підготовці до виконання роботи використати:

Теоретична частина. Розділ 7.2, 7.3, 7.4; Додаток 1.

Послідовність виконання роботи

1. У закритий корком К балон Б при відкритому крані Кр нагнітають повітря мікрокомпресором Мк до створення різниці рівнів води у манометрі не менше 150 - 200 мм .

2. Закрити кран Кр. Внаслідок стиску температура повітря у балоні дещо підвищиться, тому необхідно почекати 2 - 3 хв., поки темпе-ратура зрівняється з кімнатною і різниця рівнів води у манометрі перестане змінюватися. Записати h1у таблицю.

3. Відкрити корок К і швидко закрити його після припинення харак - терного шипіння стисненого повітря, що розширюється в атмосфе -ру. При цьому тиск у балоні зрівняється з атмосферним, рівні води у манометрі стануть однаковими, а температура газу знизиться.

4. Почекати декілька хвилин, поки повітря у балоні нагріється до кім-натної температури; тиск повітря при цьому зросте. Після встанов-лення постійної різниці рівнів води у манометрі записати h2.

5. За формулою (9) обчислити г .

6. Дії, зазначені у пунктах 1-5, повторити 10 разів. Визначити похибки вимірювань.

Таблиця результатів вимірювань і розрахунків

Контрольні запитання

1. Що називається молярною теплоємністю?

2. Вивести рівняння Майєра і пояснити, чому CP>CV.

3. Який процес називається адіабатним, яким закономірностям він підлягає?

4. Чому при адіабатному розширенні газ охолоджується?

5. Записати і пояснити рівняння Пуасcона.

6. Чим визначається величина г?

7. У чому полягає фізичний зміст універсальної газової сталої R?

7. Вивести розрахункову формулу для визначення СP/CV методом Клемана-Дезорма.

Рекомендована література

1. Курс фізики / За редакцією І.Є.Лопатинського.- Львів: Вид. «Бескид Біт», 2002.

2. Трофимова Т.И. Курс физики.- М.: Высшая школа, 1990.

3. Савельев И. В. Курс общей физики, т.1 -М.: Наука, 1982.

Размещено на Allbest.ru