Лабораторна робота № 2.03. Визначення показника адіабати повітря ⇐ ПредыдущаяСтр 16 из 21Следующая ⇒        Вступ        Питомою теплоємністю називається фізична величина, яка чисельно дорівнює кількості теплоти, яку необхідно надати 1 кг речовини для підвищення температури на 1 К. Ця величина вимірюється в Дж/(кг·К). Теплоємність газів залежить від способу їх нагрівання. Тому для газів розрізняють дві теплоємності: Теплоємність при постійному об’ємі  і , що відповідає нагріванню газу при ізобарному процесі. Виходячи з першого закону термодинаміки і рівняння стану ідеального газу, можна показати, що для 1 моля ідеального газу                                     .                                  (1) Співвідношення (1) називається рівнянням Майєра, зміст якого полягає в тому, що при ізобарному нагріванні газу на 1 К витрачається більша кількість теплоти, ніж при такому ж ізохорному нагріванні. Різниця кількостей теплоти дорівнює роботі, здійснюваній газом при ізобарному розширенні. Співвідношення теплоємностей  є характерною величиною для кожного газу. Згідно з кінетичною теорією газів,це співвідношення дорівнює                                    ,                                (2) де  – число ступенів свободи молекул. Число  для одноатомних газів дорівнює 3, для двохатомних – 5, для багатоатомних – 6. Величина  входить також в рівняння Пуассона (рівняння адіабати), яке зв’язує параметри газу – тиск і об’єм при адіабатному процесі:                                     .                                 (3) Крива, яка описується цим рівнянням, називається адіабатною, а величина g – показник адіабати. Часто використовується інша форма рівняння Пуассона                                  ,                              (4) де  – термодинамічна температура. Адіабатичним називається процес, який протікає без теплообміну з зовнішнім середовищем (при умові ).В даній роботі для визначення сталої адіабати використовується процес адіабатного розширення повітря. Метод визначення Рис. 2.5

Установка (рис. 2.5) представляє собою посудину 1, заповнену повітрям і під’єднану до водяного манометра 2 і ручного насосу 3. За допомогою крану 4 посудина може з’єднуватись з атмосферою. Нехай спочатку повітря в посудині об’ємом , знаходиться під тиском . Якщо за допомогою насосу нагнітати в посудину деяку кількість повітря, то тиск і температура повітря всередині посудини підвищаться. Через деякий час (при закритих кранах 4 і 5) внаслідок теплообміну з оточуючим середовищем температура повітря в посудині зрівняється з температурою зовнішнього середовища , а тиск, що встановиться в посудині, дорівнює , де  – додатковий тиск, вимірюваний різницею висот рівнів рідини в манометрі. Цей перший стан повітря в посудині характеризується параметрами , , . Якщо тепер відкрити на короткий час кран 4, то повітря в посудині буде розширюватися адіабатно, оскільки за короткий проміжок часу не встигне здійснитися теплообмін між повітрям в посудині і зовнішнім середовищем. В кінці адіабатного розширення повітря в посудині встановлюється атмосферний тиск, температура знижується до , а об’єм залишається рівним . Це буде другий стан повітря (параметри , , ). Якщо зразу в кінці адіабатного процесу, коли тиск в посудині впаде до атмосферного, закрити кран 4, то охолоджене повітря в посудині буде нагріватися і його тиск почне зростати. Тиск зросте до величини , коли повітря в посудині нагріється до температури зовнішнього середовища . Таким чином, третій стан газу характеризується параметрами ,  і .

Адіабатний перехід з першого стану до другого описується рівнянням (4):

                                                          (5)

Перехід від другого стану до третього проходить без зміни об’єму (ізохорний процес). Застосувавши до цього переходу рівняння, що описує ізохорний процес, одержимо:

                                    .                                  (6)

Розв’язуючи сумісно рівняння (5) і (6), знайдемо:

                                                                         (7)

Так як тиски  і , вимірювані манометром, пропорційні відповідним різницям висот в манометрі  і , то остаточно

                                     .                                   (8)

Завдання

1. За допомогою насоса обережно нагнітати в посудину деяку кількість повітря, щоб різниця рівнів рідини в манометрі дорівнювала приблизно 200 мм. Через 2-3 хвилини газ в посудині набуває кімнатної температури. Зробити відлік по шкалі різниці рівнів .

2. Швидко відкрити кран 4 і, після вирівнювання рівнів рідини в манометрі, закрити кран. Через 2-3 хвилини зробити другий відлік різниці рівнів .

3. Дослід повторити 7-10 разів.

4. Вирахувати за формулою (8) для кожного окремого досліду показник адіабати . Знайти його середнє значення і оцінити похибки.

5. Порівняти одержане значення  з його теоретичним значенням, визначеним за формулою (2), і пояснити причини розходження між цими значеннями.

⇐ Предыдущая11121314151617181920Следующая ⇒

Поделиться: