лабы физика / Lab 18 R&B

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Карагандинский Государственный Технический Университет

Кафедра: Физики

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 18

ТЕМА: "Определение отношения методом Клемана и Дезорма"

Выполнил: Студент гр. АиУ-06-2

Голобородько Артём

Проверил(а): преподаватель

Орлова Елена Фёдоровна

Караганда 2006.

Цель работы: Определить экспериментально отношение молярных теплоемкостей газа при постоянном давлении и постоянном объеме и сравнить с теоретическим значением данного отношения, найденным из молекулярно-кинетической теории.

Задачи:

• овладение одной из методик эксперимента

• приобретение опыта решения учебно-исследовательских и реальных практических задач на основе изученного теоретического материала

• приобретение опыта проведения эксперимента

• формирование навыков обработки результатов проведенных исследований

• формирование умений оформления и представления результатов проведенных исследований

• анализ, обсуждение полученных результатов и формулирование выводов.

Методика работы:

Установка состоит: сосуд А, водяной манометр М, ручной насос.

На лабораторной установке баллон А соединен с открытым V-образным водяным манометром М. Рычажной кран через впускной штуцер позволяет сообщаться баллону через резиновую труб­ку с нагнетающим насосом или с атмосферой. Если с помощью насоса быстро накачать воздух в сосуд и сразу же перекрыть кран, то давление в сосуде повысится. Но при быстром накачивании процесс сжатия воздуха в сосуде может считаться адиабатным, и газ поэтому нагреется. Повышение давления, которое показывает манометр, вызвано и сжатием, и нагреванием. Через 2-3 мин темпера­тура воздуха в сосуде становится равной температуре окружающей сре­ды. Обозначив для первого данного состояния газа его удельный объем V₁, давление P₁, температуру Т₁.

Теперь быстро (напомним, что быстрота обеспечивает адиабатность процесса) вытаскивают пробку, при это сосуд соединяется с атмосферой. Давление газа станет равным атмосферному. Новый удельный объем воздуха - V₂, давление - P₂=P₀ (атмосферное) и температура - Т₂. Через 2-3 мин воз­дух в баллоне нагреется до комнатной температуры T₃ = Т₁, его давление будет P₃, а удельный объем V₃=V₂ (ни масса, ни объем газа не меняются). Переход из первого, состояния во второе (адиабатический про­цесс) описывается уравнением Пуассона:

где  

Сравнивая конечное, третье состояние газа с первым, ви­дим, что температура газа в этих состояниях одинакова, следователь­но, к этому переходу применим закон Бойля-Мариотта

P₁V₁=P₃V₃,     

Решая систему двух уравнений можно определить γ. Для этого возведем второе уравнение в степень γ разделим его на первое уравнение:

Так как V2=V3, то  или 

Логарифмируя последнее выражение, получим

Обозначим разность уровней жидкости в манометре в первом состоя­нии h₁, а в третьем состоянии – h₂. Тогда

P₁=P₀+h₁, P₃=P₀+h₂, (P₂=P₀)

Подставим значения  Р₁, Р₂, Р₃ в соотношение:

В данном случае h₁ и h₂ намного меньше  Р₀, поэтому отноше­ние разности логарифмов можно заменить отношением разности чисел, т.е.

Это дает расчетную формулу для нашего опыта

В молекулярно-кинетической теории молярные теплоемкости газа С_p и С_v определяются через число степеней свобода молекулы i и универсальную газовую постоянную R :

Найдем их отношение:

;

В данном случае воздух не очищается от влаги и содержит боль­шое количество паров воды, поэтому число степеней свободы будет соответствовать трехатомным молекулам, т.е. i = 6.

№	h1 см	h2 см	h1-h2 cм			Δγ
1	27	5	22	1,23	1,22	0,02	1,22±0,02
2	28	5	23	1,22
3	26	4	22	1,20
4	25	4	21	1,20
5	29	6	23	1,26
6	27	5	22	1,22
7	26	4	22	1,20

Вывод: На данном этапе опыта, было практически освоено содержание теоретического материала и методы измерений в лабораториях кафедры физики при использовании специальных технических средств.

В результате данного опыта были достигнуты цели лабораторной работы и получены следующие результаты в виде: ; Коэффициент отношения теплоемкостей γ был определён, он равен: γ= (1,22±0,02);

Анализ:

Данный опыт был проведён с погрешностями, так как измерения производились человеком – присутствовал человеческий фактор, так же имелась инструментальная погрешность в приборах измерения.

Из-за всех этих погрешностей результат опыта не совпадает с теоретическим значением данного отношения, найденным из молекулярно-кинетической теории: γ = 1,33;