- •Лабораторная работа № 2.1 Определение коэффициента Пуассона методом адиабатного расширения и сжатия
- •1.Теоретическая часть
- •1.1 Первый закон термодинамики
- •1.2. Теплоёмкость газа при различных изопроцессах
- •1.3.Адиабатныйпроцесс
- •2.Экспериментальная часть
- •2.1.Цель работы: Определение коэффициента Пуассона для воздуха.
- •2.2.Приборы и принадлежности: сосуд, манометр, резиновая груша.
- •2.3.Экспериментальная установка.
- •2.4. Порядок проведения измерений
- •1.Измерения с нагнетанием воздуха
- •2.Измерения с выпусканием воздуха
- •3.Вывод расчётной формулы
- •4.Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Литература
Министерство образования и науки, молодёжи и спорта Украины
Одесская национальная морская академия
Кафедра физики и химии
Лабораторная работа № 2.1 Определение коэффициента Пуассона методом адиабатного расширения и сжатия
(учебно-методическое пособие)
Составил доц. Харин Г.Г., Утверждено на заседании кафедры
29 сентября 2011 г., протокол № 2
Одесса - 2011
1.Теоретическая часть
1.1 Первый закон термодинамики
Все термодинамические процессы совершаются в соответствии с законом сохранения и превращения энергии (первый закон термодинамики):
Теплота dQ, сообщаемая термодинамической системе в процессе теплообмена ,идёт на совершение работы dA против внешних сил и на изменение внутренней энергии системы dU
(1.1) |
Теплота dQ есть мера переданной системе энергии хаотического движения молекул , которая приводит к изменению температуры системы dT :
(1.2) |
где M- масса системы, µ -масса одного моля вещества, CP - молярная теплоёмкость вещества при изобарном процессе (P=const ).
Молярная теплоёмкость численно равна количеству теплоты, необходимому для нагревания одного моля вещества на один Кельвин.
Элементарная работа, совершаемая газом против внешних сил, равна
(1.3) |
где Р- внешнее давление, а dV - изменение объёма газа.
Внутренняя энергия термодинамической системы равна сумме кинетической энергии хаотического движения молекул (атомов) и потенциальной энергии взаимодействия между ними и является функцией состояния термодинамической системы U=U(T,V). В идеальном газе взаимодействием молекул можно пренебречь, поэтому внутренняя энергия идеального газа зависит лишь от температуры U=U(T):
(1.4) |
где CV - молярная теплоёмкость при изохорном процессе (V=const).
Изменение внутренней энергии идеального газа пропорционально изменению его температуры:
(1.5) |
Распределение тепла, сообщаемого системе на выполнение работы и изменение внутренней энергии, зависит от вида процесса.
При изотермическом процессе (T=const, dT=0, dU=0), следовательно всё тепло , сообщённое системе, идёт на совершение работы:
(1.6) |
При изохорном процессе (V=const, dV=0, dA=0), следовательно всё тепло , сообщённое системе, идёт на изменение внутренней энергии системы:
(1.7) |
При изобарном процессе (P=const)
(1.8) |
1.2. Теплоёмкость газа при различных изопроцессах
Теплоёмкость газа зависит от того , какой процесс совершается над газом.
При изотермическом процессе ( T=const , dT=0)
|
При изохорном процессе теплота идёт только на изменение внутренней энергии газа, поэтому
|
При изобарном процессе
|
Здесь мы воспользуемся уравнением Менделеева-Клапейрона PV=RT, из которого (при P=const) следует PdV/dT=R. Примая во внимание приведенное выше выражение для изохорной теплоемкости, получим формулу Майера:
(1.9) |
Молярная теплоемкость идеального газа при постоянном давлении больше его теплоемкости при постоянном объеме на величину универсальной газовой постоянной. Это связано с тем, что в изохорном процессе тепло идёт только на нагрев газа (увеличение его внутренней энергии), а при изобарном процессе тепло, подводимое к газу, расходуется не только на его нагрев, но и на совершение работы против внешних сил.