Последовательность выполнения лабораторных работ

1. В начале занятия студенты должны получить допуск к выполняемой работе.

2. Допущенные к выполнению лабораторной работы студенты знакомятся с экспериментальной установкой и проводят необходимые измерения.

3. Полученные экспериментальные результаты представляются преподавателю.

4. После проведения эксперимента оформляется отчет, который включает в себя название работы, цель работы, принципиальную схему экспериментальной установки, расчетные формулы, таблицы результатов измерений и их математической обработки, графики (если их построение указано в задании), расчет погрешностей измерений, конечный результат, выводы по проделанной работе.

5. Защита результатов выполненной работы производится по контрольным вопросам, приведенным в описаниях работ, с представлением оформленного отчета.

При выполнении лабораторных работ студенты должны соблюдать следующие правила:

- перед проведением эксперимента необходимо тщательно изучить описание экспериментальной установки;

- приступать к измерениям только с разрешения преподавателя или лаборанта;

- после выполнения работы установка должна быть приведена в исходное состояние.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

 

Определение величины отношения теплоемкостей воздуха при постоянном давлении и постоянном объеме

 

Цель работы: определение величины отношения теплоемкостей воздуха при постоянном давлении и постоянном объеме методом адиабатического расширения и методом стоячих звуковых волн.

 

Краткая теория

Удельной теплоемкостью называется физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо затратить для изменения температуры тела массой 1 кг на 1 К:

,

где dQ − количество теплоты, сообщенное телу; dT − изменение температуры тела. Теплоемкость тела зависит от его массы. В молекулярной физике чаще всего оперируют понятием молярной теплоемкости, т.е. теплоемкости одного моля вещества. Молярная теплоемкость измеряется в Дж/(моль К).

Численное значение теплоемкости зависит от условий, при которых телу сообщалось тепло, поскольку тело, нагреваясь, как правило, изменяет свой объем, т.е. производит работу против сил внешнего давления. Согласно первому закону термодинамики, эта работа может быть совершена либо за счет изменения его внутренней энергии, либо за счет теплоты, полученной телом извне.

Рассмотрим изохорический процесс нагревания тела. В этом случае расширения не происходит, работа против внешних сил равна нулю и вся подводимая к телу теплота затрачивается только на изменение его внутренней энергии:

,

где dU − изменение внутренней энергии тела; m − масса тела;  − масса моля вещества, из которого состоит тело;  − молярная теплоемкость при постоянном объеме.

Нагревание тела в изобарических условиях сопровождается изменением объема тела, т.е. совершением им работы расширения. В этом случае:

 

или            

,

где − молярная теплоемкость при постоянном давлении.

Очевидно, молярная теплоемкость при постоянном давлении  отличается от молярной теплоемкости при постоянном объеме  на величину, равную работе расширения одного моля вещества при изобарическом нагревании на 1 К. В частном случае, когда исследуемым телом является идеальный газ, эта работа численно равна молярной газовой постоянной , т.е.:

 

.                                            (1)       

Соотношение (1) называется уравнением Роберта Майера и справедливо только для идеального газа.

В данной работе измеряются не сами теплоемкости воздуха   и , а их отношение:

.                                          (2)       

Это связано с тем, что экспериментальное определение изохорической теплоемкости газа весьма затруднительно, в то время как это ее значение легко вычислить, зная отношение теплоемкостей  и значение изобарической теплоемкости, которое довольно легко измеряется опытным путем:

или для идеального газа:

.                                            (3)