Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Теория метода и описание установки
2.2.1 Приборы и материалы: баллон с кранами, манометр, насос. Для определения отношения теплоемкостей в данной работе используется метод, предложенный Клеманом и Дезормом. Величина зависит от структуры молекул газа.
Установка для выполнения работы этим методом состоит из стеклянного баллона А (рисунок 2.1) емкостью 15 ¸ 20 литров, соединенного с манометром В и насосом (на рисунке не показан). Через кран С баллон А соединяется с атмосферой. С помощью крана Д баллон сообщается с насосом. При открытом кране С баллон заполнен воздухом при атмосферном давлении P 0 и комнатной температуре T 0 и массой m 0, состояние 1. На диаграмме P – V (рисунок 2.2) представлена последовательность процессов при выполнении работы. Кран С закрывают и насосом накачивают Рисунок 2.1 дополнительную порцию воздуха m. Давление в баллоне повышается до Р, так как масса газа увеличивается , состояние 2 (PTV 1) (рисунок 2.2). Температура воздуха увеличивается до T потому, что внешние силы совершают работу по сжатию газа массы m0 при накачивании воздуха . Вследствие теплообмена воздуха с окружающей средой через некоторое время (2 ¸ мин.) температура воздуха, находящегося в баллоне,сравняется с температурой внешней среды T 0. При этом по манометру можно отметить уменьшение давления воздуха. Когда температура воздуха в баллоне будет равна комнатной (показания манометра перестанут меняться), давление в баллоне станет равным , (2.31) где r× g × h 1 – избыточное давление воздуха в баллоне, Это состояние 3 с параметрами (P 1 V1T 0), где V 1 – объем массы газа m 0. Затем кран С открывается на короткое время, при этом часть воздуха выходит из баллона, и давление сравнивается с атмосферным P 0. Оставшаяся часть адиабатически расширяется, совершая работу против атмосферного давления; внутренняя энергия газа уменьшается, и температура понижается до T 1 < T 0, состояние 4 (P 0 V2T 1). Затем кран С быстро закрывают, и воздух в баллоне начинает медленно нагреваться до температуры окружающей среды T 0 – состояние 5 (P 2 V2T 0), давление при этом увеличивается до P 2.
Понятие адиабатического процесса является идеализацией, так как невозможно полностью исключить обмен теплом между газом и окружающей средой. Но процесс теплообмена идет довольно медленно, поэтому быстрое расширение газа можно рассматривать приближенно адиабатическим. Давление в баллоне станет равным P 2: , (2.32) где r × g × h 2 – избыточное давление после расширения и установления температуры T 0, По величине измеренных на опыте давлений P 0, P 1 и P 2 можно определить соотношение теплоемкостей: . Для этого мысленно выделим внутри баллона произвольную массу воздуха m 0, ограниченную замкнутой поверхностью, которая играет роль «оболочки». На рисунке 2.1 «оболочка» изображена пунктирной линией в рассмотренных выше процессах воздух внутри нее будет расширяться и сжиматься, совершая работу против давления окружающего воздуха и обмениваясь с ним теплом.
Рисунок 2.2
Запишем параметры для различных состояний воздуха внутри «оболочки». Первое состояние – после накачки воздуха и выравнивания температур (на диаграмме P – V это точка (3) рисунка 2.2): I состояние – параметры – P 1, V 1, T 0. Второе состояние (точка (4)) – после адиабатического расширения: I I состояние – параметры – P 0, V 2, T 1. Третье состояние – после закрытия крана и выравнивания температуры до T 0 – (точка (5)): III состояние– параметры – P 2, V 2, T 0. Разность давлений P 1– P 0 и P 2– P 1 в сотни и тысячи раз меньше атмосферного P 0, поэтому для упрощения вычислений с этими разностями можно обращаться как с бесконечно малыми величинами. То же относится и к соответствующим изменениям объема выделенной массы газа. Переход газа из состояния I (3 – P 1 V 1 T 0) в состояние II (4 – P 0 V 2 T 1) происходит адиабатически (2.27): . Учитывая, что в условиях опыта изменения объемов и давлений газа малы, уравнение адиабаты (2.27) можно записать:
. (2.33) В состояниях I (точка 3) и III (точка 5) на диаграмме P – V воздух имеет одинаковую температуру T 0, поэтому применяем закон Бойля-Мариотта (PV = const), запишем его в дифференциальной форме:
или . (2.34) Решая совместно (2.33) и (2.34), имеем: . (2.35) Подставим в это соотношение и , получим: . (2.36) Так как в рабочей формуле (2.36) g выражена через отношение избыточных давлений, то измерять его можно в любых единицах. Удобнее всего выразить его в миллиметрах водяного столба по манометру. Для определения отношения опытным путем необходимо измерить разности уровней h 1 и h 2 и, пользуясь формулой (2.36), произвести вычисления.
Порядок выполнения работы
Открыть кран С и проверить разность уровней в манометре – она должна быть равна нулю. 2. Закрыть кран С и открыть кран Д так, чтобы баллон был соединен с насосом. 3. Накачать некоторое количество воздуха в баллон, чтобы разность уровней в манометре составила 15 ¸ 20 см (150 ¸ 200 мм). 4. Повернуть кран Д так, чтобы отсоединить насос от баллона, при этом разность уровней в манометре сначала несколько убывает, а затем устанавливается неизменной. Подождав несколько минут (2 ¸ 3 минуты), записать эту разность уровней h 1. 5. Открыть снова кран Д, сообщающий баллон с наружным воздухом, на очень короткое время (1 ¸ 2 секунды), необходимое для того, чтобы уровни в манометре выровнялись, и сразу же его закрыть. 6. После закрытия крана разность уровней жидкости в манометре начинает медленно расти и через несколько минут (2 ¸ 3 минуты) устанавливается неизменная разность уровней h 2 – записать это значение в таблицу 2.1. 7. Повторить измерения 5 – 7 раз. 8. Вычислить отношение теплоемкостей по формуле (2.36). 9. Рассчитать среднее значение g, абсолютную и относительную погрешности. 10. Сравнить опытное значение с теоретическим по формуле (2.30). Таблица 2.1
2.4 Контрольные вопросы
1. Первое начало термодинамики и его применение к изопроцессам. 2. Что такое внутренняя энергия и как она определяется для газов? 3. Почему теплоемкость газа зависит от способов (условий) нагревания? 4. Дать определение cP и сV и СP и CV. 5. Какая из теплоемкостей больше и почему? 6. Как связаны молярные теплоемкости СP и CV? Уравнение Майера. 7. Какой процесс называют изотермическим и адиабатическим? 8. Вывод уравнения адиабаты (Пуассона). 9. Как изменяется энергия газа при изотермическом и адиабатическом процессах?
Техника безопасности 1. Не применять больших усилий при повороте крана на баллоне. 2. При накачивании избыточного газа в баллон следить, чтобы не вылилась жидкость из манометра.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2020-10-24; просмотров: 159; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.17.154.171 (0.014 с.) |