Лабораторна робота 10 Визначення універсальної газової сталої

Прилади та матеріали: спеціальна установка, барометр.

Теоретичні відомості

Застосовуючи рівняння Менделєєва–Клапейрона

, (10.1)

можна експериментально знайти значення універсальної газової сталої.

Отже, із рівняння (10.1)

, (10.2)

де μ – молекулярна маса (для повітря μ = 29 г/моль).

Щоб обчислити R, необхідно спочатку визначити параметри стану газу (P,V,T) та його масу.

Опис приладу та методу вимірювання

Прилад для визначення газової столої (рис.10.1) складається з посудини А з повітрям, з'єднаної з рідинним манометром М для вимірювання тиску повітря в посудині.

Зміну тиску газу в посудині визначають за різницею рівнів рідини в манометрі (1 мм вод. ст. відповідає 0,0735 мм рт ст. або 981 Н/м²).

Т

Рис. 10.1

емпературу газу в посудині вимірюють тер­мометромТ. Нагрівають повітря в посудині за допомогою нагрівального еле­мента N. Кран К служить для з'єднання посудини А з атмосферою. Зміну об'єму повітря ΔV у результаті нагрівання можна визначити за формулою

, (10.3)

де h – різниця рівнів води в манометрі; S – площа поперечного перерізу трубки манометра (для даного приладу S = 1,538·10^-4 м²).

Масу повітря в посудині, визначають за об'єднаним законом газових станів:

, (10.4)

де P₀,V₀, T₀ – параметри повітря за нормальних умов експерименту (P₀ = 1 атм =1,0·10⁵ Н/м² , V₀ = 1 моль, T₀ = 273° К); P,V,T – параметри повітря за почат­кових умов експерименту.

Якщо замість V₀ взяти його значення з формули густини за нормальних умов, тобто ρ = m/V₀, то рівняння (10.4) буде мати такий ви­гляд:

. (10.5)

Розв’язуючи його відносно m, будемо мати

(для повітря ρ = 1,29 кг/м³).

Під час нагрівання повітря набуватиме послідовних станів із такими параметрами:

I стан: P₁ = H + h₁; V₁ = V + ΔV₁; T₁ = 273° + t₁°;

II стан: P₂ = H + h₂; V₂ = V + ΔV₂; T₂ = 273° + t₂°;

III стан: P₃ = H + h₃; V₃ = V + ΔV₃; T₃ = 273° + t₃°,

де Н – початковий стан повітря, який дорівнює атмосферному (визначають за барометром); h₁, h₂, h₃ – додатковий стан повітря, який визначають за манометром;

V– початковий об’єм повітря в посудині (для даного приладу V = 1,0457·10^-3 м³); ΔV₁, ΔV₂, ΔV₃ – зміна об'єму повітря в процесі нагрівання; t₁, t₂, t₃ – температура повітря в трьох послідовних станах (⁰С).

Хід роботи

1. Заміряти тиск P (за барометром) і температуру Т (за термометром).

2. Відкрити кран К, щоб рівні води в манометрі М стали однакові. Закрити кран.

3. Установити нагрівальний елемент у крайнє нижнє положення і закріпити його.

4. Увімкнути нагрівальний елемент N і після того як перестануть змінюватися показання манометра й термометра, записати їх дані (Р₁, Т₁ ).

5. Дослід повторити 2 рази, попередньо піднявши нагрівальний еле­мент вище.

6. Згідно з формулою (10.2) усі величини визначити в системі СІ. Дані занести в табл.10.1. Оцінити похибки вимірів.

7. Остаточний результат обчислень подати в такому вигляді:

R_іст=R_ср±ΔR_ср.

8. Після закінчення роботи відкрити кран К.

Таблиця 10.1

№п/п	Н	h	P	ΔV	V	t°	T°	R	ΔR	ΔR/R	Rіст
1
2
3
Ср.