Теоретичні положення:
Ізотермічний процес – процес, який відбувається з даною масою газу при постійній температурі.
Математичний запис для опису цього процесу має такий вигляд:
PV = const = C (1)
Якщо скляну трубку опускати відкритим кінцем у воду (рис. 1), то на повітря, яке знаходиться у трубці, окрім атмосферного діє і гідростатичний тиск, тобто:
p
= H
+
(2)
де Н – атмосферний тиск в мм рт. ст.,
h – різниця рівнів води в циліндрі і трубці, виміряна у мм
В трубці знаходиться постійна маса повітря, яке знаходиться при постійній (кімнатній) температурі, тому:
V = lS (3)
де l – довжина стовпа повітря,
S – площа перерізу трубки
Оскільки площа поперечного перерізу трубки постійна, то довжина стовпа повітря в ній пропорційна об’єму, тому для перевірки закону Бойля-Маріотта достатньо перевірити справедливість рівності:
(4)
Рисунок 1. Схема установки для перевірки закону Бойля-Маріотта |
Рисунок 2. Схема установки для перевірки рівняння Менделєєва-Клапейрона |
Рівняння Менделєєва-Клапейрона об’єднує три макроскопічних параметра речовини – об’єм, температуру і тиск:
=
С
=
const (5)
Тому для перевірки справедливості цього рівняння необхідно виміряти тиск і об’єм повітря в трубці при різних температурах (рис. 2).
Нехай Т1 – температура гарячої води, а холодної – Т2. Тоді два стани повітря в трубці описуються параметрами р1, Т1, V1 і р2, Т2, V2. У першому випадку тиск дорівнює атмосферному, а в другому – сумі атмосферного і гідростатичного.
В роботі необхідно перевірити рівність:
(6)
Порядок виконання роботи
Завдання 1. Перевірити рівняння ізотермічного процесу
1. Зібрати установку, зображену на рис. 1.
2. Виміряти барометром атмосферний тиса в мм рт. ст.
3. Занурюючи в воду на різну глибину трубку відкритим кінцем, виміряйте h. Повторити 5 раз.
4. Результати вимірювань та обчислень занести до табл. 1.
Таблиця 1. Перевірка закону Бойля-Маріотта
№ п/п |
Н, мм рт. ст. |
h, мм |
l, см |
C
=
|
Р, мм рт. ст. |
V, см3 |
1 |
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
5. За даними таблиці побудувати ізотерму в координатах PV.
Висновок:
1. Яку фізичну величину Ви визначали? Описати, яким чином Ви це робили.
2. Дати аналіз отриманим даним. Для чого Ви розраховували похибки?
Контрольні запитання
1. Охарактеризуйте ізопроцеси і накресліть їх графіки.
2. Охарактеризуйте рівняння Менделєєва-Клапейрона.
3. Чому під час досліду не треба тримати трубку рукою?
4. Чи має суттєве значення для досліду площа перерізу трубки? Чому?
5. При яких умовах газові закони досить точно описують поведінку реальних газів?
6. Розвяжіть задачу:
Циліндрична посудина поділяється на дві частини тонким рухомим поршнем. Яким буде урівноважене положення поршня, коли в одну частину посудини вміщено певну кількість азоту, а другу – таку саму за масою кількість водню? Як змінеться результат, якщо:
– водень замінити на кисень такої ж маси;
– масу водню збільшити у 5 разів;
– при однаковій масі азоту та кисню азот нагріти на 130 К, а кисень охолодити на 50 К?
7. Заповніть таблицю.
Запишіть фізичні величини, які необхідно виміряти, щоб експериментально перевірити рівняння ізотермічного процесу, а також назви приладів, які вам знадобляться.
Фізична величина |
Позначення |
Одиниці вимірювання |
Прилад для вимірювання фізичної величини |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лабораторна робота