Лабораторная работа №1 определение газовой постоянной методом откачки

Оборудование: насос Камовского, стеклянный баллон с краном с известным объемом, весы технические, разновесы, пинцет, моновакуумметр, манометр.

Вопросы к допуску:

1. Какой газ называется идеальным?

2. Запишите уравнение Менделеева-Клапейрона.

3. Как определяется газовая постоянная в данной лабораторной работе?

4. Чему равно табличное значение газовой постоянной?

Содержание и метод выполнения работы

В данной лабораторной работе с помощью простого опыта вам предстоит определить молярную (универсальную) газовую постоянную R и постоянную Больцмана k – две важнейшие физические константы, численные значения которых вы должны помнить из школьного курса.

Постоянные R и k входят в уравнения газовых законов и уравнения термодинамики. Рассмотрим эти уравнения для простейшей системы – идеальный газ.

Для определения постоянной R запишем уравнение для объема газа V в баллоне при комнатной температуре Т и атмосферном давлении Р₁ для массы М₁:

(1.1).

Если откачать насосом газ (в работе воздух) из баллона объема V до давления Р₂, то уравнение Менделеева-Клапейрона запишется в виде:

. (1.2)

Предполагаем, что после откачки части воздуха температура воздуха в баллоне равна комнатной температуре, т.е. Т₁=Т₂=Т .

Вычтем из уравнения (1.1) уравнение (1.2) и найдем газовую постоянную:

.

В данной лабораторной работе газовая постоянная рассчитывается по этой формуле.

У становка для определения R изображена схематически на рис.1.5. Стеклянный баллон 1 присоединен к моновакуумметру 3 и дальше к насосу Камовского. Кран 2 служит для того, чтобы осуществлять связь баллона с атмосферой. Масса самого баллона с мешочком (при взвешивании мешочек не снимать) без учета находящегося внутри баллона воздуха: m_б. Его объем равен (1,2 ) л. Молярная масса воздуха: =29 10^-3 кг/моль.

Порядок выполнения работы:

1) Баллон с помощью резинового патрубка аккуратно присоединить к моновaкуумметру, соединенному с насосом Камовского. Открыть кран 2.

2) Откачать воздух до =0,5 кг с/см² и закрыть кран 2.

3) Осторожно отсоединить баллон от моновакуумметра, подвесить к левой чашке весов и взвесить с точностью до сотых долей грамма массу баллона и воздуха внутри него т₂. Масса воздуха в баллоне: М₂=т₂-т_б.

4) Снять баллон с весов, осторожно открыть кран 2 (должно слышаться легкое шипение), впустить воздух в баллон. Тогда Р₁=Р_атм.

5) Снова взвесить баллон с воздухом, определить т₁ с такой же точностью. Масса воздуха в баллоне М₁=т₁-т_б.

6) Повторите измерения 3 раза.

7) Вычислите R по результатам различных измерений и найдите среднее значение.

8) Рассчитайте относительную погрешность по формуле:

.

9) Окончательный результат запишите в виде: .

10) Определите постоянную Больцмана по среднему значению газовой постоянной по формуле:

.

11) Сравните полученные результаты с табличными данными.

12) По формуле: рассчитайте энергию одной молекулы воздуха при комнатной температуре

13) По формуле: рассчитайте внутреннюю энергию одного моля воздуха (N_A - число Авогадро).

Контрольные вопросы

1. Какие величины вы будете определять в данной работе?

2. Каков физический смысл постоянных R, k и N_А? В каких единицах они измеряются?

3. Сформулируйте законы идеального газа.

4. Почему для измерения R необходимо измерять массы воздуха в баллоне при различных давлениях?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЗАКОНОВ

ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА

Вопросы к допуску:

1. Какой газ называется идеальным?

2. Какие законы идеального газа проверяются в данной лабораторной работе? Каким образом?

3. Какое соотношение проверяется при изучении изотермического процесса?

4. Какое соотношение проверяется при изучении изобарического процесса?

Упражнение1

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Оборудование: прозрачная трубка с кранами на концах (длина трубки 200 1 см), мерный цилиндр, измерительная лента.