Задание 1. Определение показателя адиабаты атмосферного воздуха с учётом теплообмена

В этом случае, чтобы использовать уравнение (3.16) и график на рис. 3.3, нужно обеспечить одинаковые начальные условия: давление р₁ и температуру Т₁. Будем считать, что второе условие заведомо выполняется, а для выполнения первого условия следует накачивать воздух в баллон до одного и того же значения H. Достаточно приемлемые результаты получаются, если производить накачивание каждый раз с атмосферного давления, в медленном темпе, с одинаковым числом качков насоса.

1. Откройте кран K (см. рис. 3.1) и, выждав около минуты, закройте его.

2. Создайте в баллоне избыточное давление p₁, наблюдая за показаниями манометра и считая число качков.

3. Дождитесь, пока температура в сосуде не сравняется с температурой в лаборатории. Определите по манометру величину H₀ и запишите в табл. 3.1.

4. Откройте кран K одновременно с включением секундомера и через время t₁ быстро закройте его. Значение времени t₁ задаёт преподаватель.

5. Выждите, пока давление в баллоне не стабилизируется, определите по манометру величину h', запишите в табл. 3.1 в столбец с t = t₁.

Таблица 3.1

Параметры	Время расширения, с
	t1	t2	t3	t4	t5	0
h'						h0 =
lnh'						lnh0 =
H0 » const						áH0ñ =

6. Проведите аналогичные измерения по пп. 1–5, оставляя кран открытым в течение времени t_n = nt₁, где п = 2, 3, 4, 5. Значения t_n, h', H₀ записывайте в табл. 3.1.

Анализ и обработка результатов измерений

1. Найдите значения lnh' и среднее значение H₀, занесите их в табл. 3.1.

2. По данным из табл. 3.1 постройте график зависимости lnh' от времени t.

3. Определите по графику lnh₀ (см. рис. 3.3), запишите в табл. 3.1.

4. По найденному логарифму определите h₀ и по формуле (3.14) вычислите уточнённое значение показателя адиабаты ₀.

5. Оцените погрешности определения ₀ этим способом (см. определение погрешности косвенных измерений, стр. 5–6).

Задание 2. Определение среднего числа степеней свободы молекул воздуха

1. По полученному в первом задании значению показателя адиабаты вычислите экспериментальные значения числа i степеней свободы молекул воздуха.

2. Оцените погрешности определения i

3. Найдите теоретическое значение i_теор, руководствуясь формулами (3.2), (3.7), (3.8) и химическим составом воздуха (см. прил. 2). Дайте обоснование произведённым расчётам.

4. Сравните Ваши экспериментальные значения числа степеней свободы с теоретическим значением и оцените степень несовпадения в процентах.

5. Сформулируйте и запишите обобщающий вывод.

Контрольные вопросы

1. Каковы цели лабораторной работы и что нужно сделать для их достижения?

2. Назовите составные части лабораторной установки и их назначение.

3. Какие величины измеряются в данной работе непосредственно? Какие вычисляются?

4. Дайте определения и единицы измерения теплоёмкостей: а) системы (тела); б) удельной; в) молярной.

5. Запишите 1 закон термодинамики для адиабатического, изотермического и изохорного процессов.

6. Почему теплоёмкость газа зависит от условий передачи тепла газу?

7. Чему равны молярные теплоёмкости при р = const и при V = const?

8. Выведите расчётную формулу для определения числа степеней свободы молекул газа по его показателю адиабаты.

9. Каковы теоретические значения показателя адиабаты для одноатомного, двухатомного и трёхатомного газов?

10. Опишите состояния газа и процессы на диаграмме p–V (см. рис. 3.2).

11. Выведите формулы (3.7), (3.8), (3.12), (3.13), (3.14).

12. Дайте определение адиабатического процесса и запишите его уравнение. Сравните уравнения и графики изотермического и адиабатического процессов.

13. Как изменяются температура и внутренняя энергия газа при адиабатическом процессе?

14. Что называется числом степеней свободы? Чему равно это число для газов с различным числом атомов в молекуле?

.