Экспериментальная часть Сущность метода и вывод расчётной формулы

Установка для выполнения работы представляет собой герметически закрытый пробкой стеклянный сосуд емкостью 20 л. В пробку вставляется медицинский шприц. Давление в сосуде измеряется при помощи жидкостного манометра. Если в сосуд ввести пары какого - либо вещества, то давление в сосуде изменится на величину

(20.10)

где n_o -число молекул данного вещества в единице объема.

Изменение давления в сосуде, фиксируемое манометром, определяется разностью высот уровней жидкости h и ее плотностью :

p =  g h

(20.11)

Если ввести в сосуд 1 см³ легко испаряющейся жидкости (эфира), то число молекул его в единице объема определится следующим образом:

(20.12)

где N - число молекул вещества, введенного в сосуд,

V - объем сосуда ( 20 л ),

₁ - плотность эфира,

m₁ , V₁ - масса и объем введенного в сосуд эфира,

m₀ - масса молекулы эфира:

(20.13)

 - молярная масса эфира, N_A -число Авогадро.

Из (20.10)-(20.13) следует, что

(20.14)

где  = 74 х10^-3 кг /моль; ₁ = 734 кг/м³

 - плотность воды в манометре, Т - комнатная температура.

Ход работы

1. Убедиться в том, что уровни жидкости в коленах манометра одинаковы.

2. Набрать в шприц 2-3 см³ эфира и впрыснуть его в сосуд.

3. После того, как установится термодинамическое равновесие, произвести отсчет показаний манометра.

4. Вычислить k по формуле (20.14) , результаты занести в таблицу:

Таблица 20.1

№	V1, см^3	h, см	Т, К	k, Дж/кг	kСР, Дж/кг	=
1
2
3

5. Повторить опыт не менее 3 раз, вычислить k_СР и погрешности измерений.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение идеального газа.

2. Какие макроскопические параметры характеризуют состояние газа?

3. Состояние теплового равновесия тела или системы тел.

4. Определение и физический смысл температуры и давления газа.

5. Основные положения молекулярно кинетической теории.

6. Сформулировать закон Дальтона.

7. Поясните физический смысл постоянной Больцмана и универсальной газовой постоянной.

8. Что такое абсолютная шкала температур? Абсолютный нуль?

9.Выведите расчетную формулу.

10. Концентрация молекул идеального газа уменьшилась в 4 раза, а средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул увеличилась в 4 раза. Что можно сказать о давлении газа?

11.Сформулируйте закон Авогадро.

Вопросы к допуску

1. Вывести формулу расчёта погрешности измерений.

2. Почему в данной работе используется эфир, а не другая жидкость, например, вода?

3. Какие жидкости можно использовать в данной работе, кроме эфира?

4. Почему показания манометра изменяются после впрыскивания эфира?

5. Изменятся ли показания манометра, если не вынимать шприц из иглы в течение нескольких дней? Почему?

6. Почему нужно определять давление не сразу после впрыскивания эфира, а спустя некоторое время?

7. Какие параметры изменятся и как, если проводить опыт при более высокой температуре?

8. Как меняется масса воздуха в комнате при колебаниях температуры?

9. Иногда из водопроводного крана вода вытекает белая, как молоко. Почему?

10. Какие еще существуют методы определения постоянной Больцмана?

Задачи

1. В сосуде вместимостью 5х10^-3 м³ находится водород массой 1 кг под давлением 20000 Па. Чему равна средняя кинетическая энергия поступательного движения его молекул?

2. В баллоне вместимостью 5х10^-3 м³ находится 1 моль газа. Какова концентрация молекул в баллоне? Рассчитать концентрацию молекул в баллоне, если в нем осталась половина массы газа.

3. Рассчитать давление, оказываемое молекулами азота на стенки сосуда, если средний квадрат скорости движения его молекул v²=500000 м²/ с² . Плотность азота 1,25 кг/м³ .

4. Температура газа 30⁰С. Концентрация молекул 10²⁵ м^-3 . Под каким давлением находится газ?

5. Масса молекулы озона 80х10 ^-27 кг. Рассчитать среднюю квадратичную скорость молекул этого газа при 27⁰ С.

6. Средняя квадратичная скорость молекул метана при нормальном атмосферном давлении равна 651 м/с. Какова концентрация молекул метана? Масса молекулы метана 26,6х10 ^-27 кг.

7. Определить давление газа в сосуде вместимостью 2 м³ , если его масса 2,4 кг, а средняя квадратичная скорость его молекул 500 м/с.

8. Из баллона вместимостью 5 л из-за неисправности вентиля произошла утечка газа, в результате чего давление понизилось на 2,9 кПа. Температура в баллоне не изменилась и была равна 17⁰ С. Сколько молекул ушло из баллона?

9. После того как в комнате включили электрокамин, температура воздуха повысилась от 17 до 22⁰ С при неизменном давлении. На сколько процентов уменьшилось число молекул воздуха в комнате?

10. Сколько молекул воздуха находится в комнате размером 4х5х3 м при температуре 20⁰ С и давлении 90 кПа?