физика лабараторные / l_r_14

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Филиал «Тобольский индустриальный институт»

Кафедра электроэнергетики

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторной работы №14

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ ВОЗДУХА ПРИ ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ И ПОСТОЯННОМ ОБЪЕМЕ МЕТОДОМ КЛЕМАНА-ДЕЗОРМА»

по дисциплине: «Физика»

Тобольск 2008 г.

ИНСТРУКЦИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

1. Внимательно изучайте теоретическую часть работы.

2. Приступайте к выполнению работы только после сдачи допуска на проведение лабораторного практикума преподавателю или лаборанту.

3. В случае возникновения неисправности оборудования во время выполнения лабораторной работы немедленно отключить электропитание (отключить питание прибора кнопкой или тумблером «Сеть», либо выдернуть вилку из розетки) или выключить общий выключатель – автомат, о случившемся доложить лаборанту и преподавателю.

4. В случае возникновения вопросов по данной работе обращаться к лаборанту или преподавателю. Строго соблюдать общие инструкции по технике безопасности в лаборатории «Механика и молекулярная физика».

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №14

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ ВОЗДУХА ПРИ ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ И ПОСТОЯННОМ ОБЪЕМЕ МЕТОДОМ КЛЕМАНА-ДЕЗОРМА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение процессов в идеальных газах и определение отношения теплоемкостей.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: установка ФПТ 1-6.

МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

Для определения отношения теплоемкостей методом Клемана-Дезорма используется емкость, соединенная с открытым водяным манометром, посредством которого измеряется разность давлений в емкости к атмосфере.

Если в емкость накачивать небольшое количество воздуха, то давление в ней будет повышаться и достигнет величины , как это показано на диаграмме (рис.1), где по оси абсцисс отложены объемы одного моля воздуха. Повышение давления в емкости при достаточно быстром нагнетании воздуха сопровождается повышением температуры до величины . Затем вследствие теплопроводности стенок сосуда воздух в закрытой емкости изохорически охлаждается, и через некоторое время его температура станет равной температуре окружающей среды . При этом давление емкости понизится до величины . Уровни жидкости в манометре перестанут изменяться, и установится разность уровней . Это состояние воздуха в емкости обозначим через , а соответствующие параметры – через причем:

(1)

где - атмосферное давление во время проведения опыта;

- установившаяся в манометре разность уровней.

Если теперь быстро соединить емкость с атмосферой, то произойдет адиабатическое расширение воздуха. Давление при этом понизится до атмосферного, молярный объем газа увеличится до величины , а температура уменьшится до величины . Таким образом, состояние газа будет характеризоваться параметрами .

Однако вследствие теплопроводности стенок температура воздуха в емкости начнет повышаться изохорически, давление при этом будет увеличиваться. Процесс закончится, когда температура воздуха в емкости станет, равна температуре окружающей среды . При этом давление возрастет до величины:

(2)

где - вновь установившаяся в манометре разность уровней.

Таким образом, параметрами состояния являются – .

В результате опыта будем иметь:

состояние : .

состояние.: .

состояние. : .

Рис. 1

Поскольку переход из состояния в состояние происходит адиабатически, то здесь справедливо уравнение Пуассона:

(3)

которое с учетом уравнения состояния идеального газа примет вид:

(4)

можно представить в виде:

Следовательно,

(5)

Переход из состояния в состояние происходит без изменения объема, т.е. изохорически, поэтому справедливо уравнение:

(6)

(7)

Подставив в уравнения (5) и (7) величины и из формул (1) и (2)

Откуда

Разлагая обе части уравнения в ряд и считая, что и можно записать, ограничиваясь лишь двумя членами рядов:

Тогда расчетная формула для определения примет вид:

(8)

ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА.

Для определения отношения теплоемкостей воздуха предназначена экспериментальная установка ФПТ 1-6, общий вид которой приведен на риc.2.

Установка состоит из емкости 1 с открытым водяным манометром 2. Нагнетание воздуха в емкость производится микропроцессором, вмонтированным в установку. Включение микропроцессора осуществляется тумблером ВКЛ. в модуле ВОЗДУХ.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Включить тумблер СЕТЬ.

2. Включить подачу воздуха в рабочий элемент тумблером ВКЛ. в модуле ВОЗДУХ. Когда разность уровней жидкости в манометре достигнет 150-250 мм. водн. ст., отключить микропроцессор.

3. Выждать, пока температура в емкости не станет равной температуре окружающей среды и не установится давление , при этом разность уровней жидкости в манометре перестанет меняться. Определить при этом установившуюся разность уровней в коленах манометра. Полученное значение занести в таблицу.

Таблица

№ п/п					εγ
Ед.изм.	мм. водн. ст.	мм. водн. ст.			%
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.

4. Кратковременно соединить емкость с атмосферой при помощи кнопки на панели в модуле ВОЗДУХ. При этом произойдет адиабатическое расширение воздуха.

5. Выждать, пока уровни воды в коленах манометра не перестанут перемещаться, после чего давление окончательно установится. Занести в таблицу найденную разность уровней жидкости .

6. Опыт повторить не менее десяти раз, изменяя величину .

7. В каждом опыте по формуле (8) определить отношения теплоемкостей , а затем среднее значение .

8. Оценить погрешность результатов измерения.

9. Выключить установку тумблером СЕТЬ.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. В чем заключается сущность описанного в работе метода определения отношения теплоемкостей воздуха при постоянном давлении и постоянном объеме?

2. Опишите рабочий цикл установки по диаграмме.

3. Покажите, что отношение теплоемкостей зависит лишь от числа степей свободы молекул газа. Рассчитайте отношение теплоемкостей для воздуха.

ОБЩИЙ ВИД УСТАНОВКИ ФПТ I-6

Рис. 2

7