Выполнение работы

1. С помощью крана соедините баллон с воздухом в комнате. Выждите несколько минут и убедитесь, что уровни воды в коленах манометра сравнялись и их положение установлено.

2. С помощью крана соедините баллон с воздушным насосом. Быстро и уверенно накачайте воздух в баллон, следя за уровнем воды в левом колене манометра. Накачку воздуха прекратите в тот момент, когда уровень воды в правом манометре достигнет верха шкалы. Быстро, но плавно закройте кран.

3. Наблюдайте за перемещением уровней воды в коленах манометра: в правом колене уровень воды начнет опускаться, в левом - подниматься. Как только вы убедитесь, что перемещение уровней воды прекратилось и их положение установилось, по шкале манометра отсчитайте разность уровней h₁. Разность уровней h₁ отсчитывайте между минимумами менисков воды в коленах манометра.

Целесообразнее сделать отсчет от нуля шкалы до минимума мениска в левом колене, а затем то же - в правом и результаты сложить (рис.2).

Р и с. 2

Примечание: Будьте особенно внимательны и осторожны при работе со стеклянным краном и воздушным насосом; одной рукой надежно придерживайте кран (насос), а другой выполняйте необходимые действия.

4. Быстро, но плавно соедините баллон с воздухом в комнате. Наблюдайте, как перемещаются уровни воды в коленах манометра: в правом - уровень опускается, в левом - поднимается. Как только уровни воды в коленах манометра сравняются, быстро, но плавно закройте кран.

5. Наблюдайте за перемещением уровней воды в коленах манометра: в правом колене уровень воды поднимается, в левом - опускается. Как только вы убедитесь, что перемещение уровней воды прекратилось и их положение установилось, по шкале манометра отсчитайте разность уровней h₂.

6. Величины h₁ ,h₂ подставьте в формулу (4) и вычислите показатель адиабаты g.

7. Повторите измерения, описанные в п.п. 1-6 еще четыре раза. Таким образом, вы получите пять значений показателя адиабаты: g_i , i= 1,2,3,4,5 (индексы нумеруют опыты, в которых определялись значения показателя адиабаты).

8. Оцените точность определения физической величины по ее среднему значению на примере результатов измерения показателя адиабаты. Для этого:

а) найдите среднее значение показателя адиабаты:

б) найдите среднюю абсолютную ошибку определения показателя адиабаты, т.к. , то

.

Средняя абсолютная ошибка D определяет интервал значений показателя адиабаты, в котором находится истинное значение показателя адиабаты g (рис. 3).

g

( ось значений показателя адиабаты)

Р и с. 3

Истинная величина показателя адиабаты находится в интервале значений , т.е. .

в) найдите среднюю относительную ошибку e определения показателя адиабаты:

.

Средняя относительная ошибка e показывает, какую долю среднего значения показателя адиабаты g составляет ее средняя абсолютная ошибка Dg.

9. Результаты определения показателя адиабаты γ приведите вместе с вычисленными ошибками:

,

10. Для удобства величины h₁, h₂, g, Dg занесите в таблицу 2.

Таблица 2.

Результаты измерений и вычислений при определении показателя адиабаты воздуха

№п/п	h1, мм вод. ст.	h2, мм вод. ст.	g	Dg	e
1.
2.
3.
4.
5.
			g =	Dg =

11. По найденному значению и по данным таблицы 1 сделайте заключение о типе молекул воздуха, сделайте заключение о соотношении теплоемкостей С_р и С_V .

12. Охарактеризуйте изохорическое охлаждение и изохорическое нагревание воздуха в баллоне при установлении теплового равновесия с воздухом в комнате.

Для этого:

а) повторите в п.п.1-2. В момент закрытия крана определите разность уровней в коленах манометра и включите секундомер;

б) не останавливая секундомер, через каждые 5 секунд определяйте разность h₁ уровней в коленах манометра. Даже когда уровни перестали перемещаться и установились, сделайте еще 3-4 отсчета по секундомеру и убедитесь, что разность h₁ уровней действительно не меняется;

в) результаты измерений занесите в таблицу 3.

Таблица 3

Измерение разности h₁ уровней в коленах манометра при изохорическом охлаждении воздуха в баллоне.

t, cек	5	10	15 . . .	. . .
h1

г) по результатам измерений постройте график, откладывая по оси абсцисс время t, а по оси ординат - соответствуюшее значение h. Пример графика см. на рис. 4.

Р и с. 4.

Примерный график уменьшения разности уровней воды в коленах манометра со временем при изохорическом охлаждении воздуха в баллоне. При установлении теплового равновесия между воздухом в баллоне в комнате разность уровней h1 = const. Время установления термодинамического равновесия: t0= 40 с ( при t = t0 , h = h1 = const).

д) по графику определите время t₀ установления теплового равновесия воздуха в баллоне и в комнате при изохорическом охлаждении воздуха в баллоне (рис. 4).

е), а), д) выполните для изохорического нагревания воздуха в баллоне. Сравните полученные графики.