122

Методические указания

к выполнению лабораторной работы 1.2.2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО КОЭФФИЦИЕНТА ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА ПРИ ПОМОЩИ ГАЗОВОГО ТЕРМОМЕТРА ^

Теоретические положения

Согласно закону Гей-Люссака давление данной массы газа при постоянном объеме меняется с температурой линейно:

,

(2.1)

где р - давление газа при t° C;

p₀ - давление газа при 0°С.

Величину , показывающую, на каждую долю от того давления, какое имел газ при 0°С, возрастает давление при нагревании на один градус при V = const , называют термическим коэффициентом давления.

Цель данной работы - определение термического коэффициента давления воздуха.

Экспериментальная установка

Иcпользуемый при выполнении работы газовый термометр состоит из баллона, наполненного сухим воздухом, и манометра. Для нагревания воздуха баллон помещается в цилиндрический сосуд с водой, нагреваемый на электрической плитке. Процесс нагревания газа в баллоне близок к изохорическому. При этом для двух различных температур t₁ и t₂ имеем:

,	(2.2)
,	(2.3)

Разделив выражение (2.2) на (2.3), получим:

,

Откуда

,

(2.4)

Если мениски в левом и правом коленах манометра установлены на разной высоте, то давление воздуха в баллоне

,

(2.5)

где p – давление воздуха в правом (закрытом) колене манометра;

h – разность уровней масла в манометре;

ρ – плотность масла;

g – ускорение свободного падения.

Соответственно для двух различных давлений p₁, p₂ имеем:

,	(2.6)
,	(2.6а)

Процесс сжатия газа в закрытом колене манометра является изотермическим, поэтому

,

(2.7)

где V₁ ,V₂ – объемы воздуха в закрытом колене манометра для первого и второго состояний.

Так как , то

,

(2.7а)

где H₁ , H₂ – высоты столба воздуха в закрытом колене манометра.

Подставив выражения (2.6) и (2.6 а) с учетом (2.7 а) в уравнение (2.4), получим:

,

(2.8)

Пренебрегая (ввиду малости) вторыми членами сумм, стоящих в числителе и знаменателе, и сокращая на /H₂ , получим

,

(2.9)

Порядок выполнения работы и обработки результатов измерений

1. Погрузить баллон с воздухом в холодную воду и выждать 2-3 мин, пока температура воздуха в баллоне и температура воды не сравняются.

2. Записать начальную температуру и высоту Н столба воздуха в закрытом колене манометра.

3. Включить плитку, нагреть сосуд с водой на 5-7 °С и выключить плитку. Выждать момент, когда температура и высота жидкости в закрытом колене манометра достигнут наибольшего значения, показания записать в таблицу.

4. Аналогичные измерения провести 8-12 раз, нагревая воду до 80°С.

5. Результаты наблюдений занести в таблицу.

Таблица 1 – Результаты измерений

№ п/п	t ˚С	H	H∙t

По полученным данным согласно выражению (2.9) для различных интервалов температур рассчитать α, а затем найти его среднее значение.

Контрольные вопросы

1 Какой процесс называет изотермическим, изобарическим, изохорическим? Дать формулировки законов изопроцессов, начертить их графики в координатах рV , рТ, VT.

2. Каков физический смысл коэффициента α?

3. Перечислить единицы измерения давления. Найти соотношение между ними.

4. Пояснить с точки зрения молекулярно-кинетической теории физическую сущность давления газа и зависимость давления газа от температуры.

5. Какой процесс происходит с газом, находящимся в закрытом колене манометра?

6. Пользуясь основным уравнением кинетической теории идеального газа, вывести зависимость р = nkТ.

Артюхов С.П. Свойства газов: методические указания к выполнению лабораторных работ по физике / С.П. Артюхов, В.В. Некрасов, В.В. Добрынина, Ф.А. Бондарюк, Л.Ф. Тренина – РИО АЛТИ, 1980. – 24 с.