Цель работы: проверка соотношения между изменениями объема и давления определенного количества газа при его изотермическом сжатии. Содержание и метод выполнения работы

В соответствии с законом Бойля – Мариотта соотношение между изменениями объема и давления определенного количества газа при его изотермическом сжатии должно иметь вид:

,

где и – объемы, занимаемые газом соответственно до и после сжатия, а и – его давления.

Объектом изучения в данной лабораторной работе является воздух, находящийся внутри прозрачной трубки. В исходном состоянии он имеет следующие параметры: давление равно атмосферному, объем равен объему внутренней полости трубки, а температура соответствует температуре воздуха в лаборатории.

Второе состояние получают путем сжатия воздуха в трубке. Для этого кран на одном конце трубки закрывают, а второй кран остается открытым. Конец трубки с открытым краном погружают в мерный цилиндр (до дна), который предварительно заполняют водой комнатной температуры, не долив до верхнего края 15-20 мм. Через открытый кран в трубку заходит вода и сжимает воздух. Таким образом, во втором состоянии параметры воздуха окажутся следующими: объем равен объему внутренней полости за вычетом объема воды, вошедшего в трубку, давление возрастет на величину гидростатического давления столба воды в цилиндре, температура не изменится.

Объем внутренней полости определяется произведением площади поперечного сечения трубки на ее длину: V=SL. Подставим это соотношение в уравнение Бойля – Мариотта:

P₁SL₁ = P₂SL₂.

Поскольку поперечное сечение трубки не меняется, в лабораторной работе проверяют соотношение:

P₁L₁ = P₂L₂.

В исходном состоянии давление P₁ определяется по показаниям лабораторного барометра-анероида, а длина L₁ измеряется измерительной лентой по длине столба воздуха во внутренней полости трубки.

Для измерения давления во втором состоянии измеряют глубину погружения конца трубки в воду и измеряют разницу уровней воды в мерном цилиндре и в трубке – . Иными словами, – расстояние от поверхности воды в мерном цилиндре до границы воды и воздуха в трубке. По формуле для расчета гидростатического давления жидкости вычисляют давление столба воды: , где – плотность воды. Давление воздуха во втором состоянии будет равно сумме атмосферного и гидростатического давлений.

Д ля определения объема воздуха во втором состоянии измеряют длину столба воды, вошедшей в трубку - . Из измеренной ранее длины трубки вычитают длину столба воды, т.е. .

Завершив измерения, находят произведения давления на объем воздуха в первом и втором состояниях. Сравнивая полученные числа, делают вывод о справедливости закона Бойля-Мариотта.

Порядок выполнения работы

1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

,мм	,Па	,мм	,мм	,мм	,Па	,Па

2. Измерьте длину воздушного столба в трубке – (рис1.6).

3. Закройте один кран и погрузите конец трубки с открытым краном в мерный цилиндр (мензурку).

4. Измерьте длину столба воды, вошедшей в трубку – (рис.1.7).

5. Измерьте разницу уровней воды в мерном цилиндре и в трубке – .

6. Вычислите длину воздушного столба в трубке после сжатия: .

7. Вычислите гидростатическое давление воды , где – плотность воды.

8. Вычислите давление воздуха в трубке после сжатия .

9. Вычислите произведения и . Сделайте вывод о том, насколько точно измерения параметров газа в проделанном опыте соответствуют закону Бойля-Мариотта.

10. Укажите причины, повлиявшие на точность полученных результатов.