Laboratornye / Теплота_PDF / Lab_Mol_15

Лабораторна робота № 15

ВИЗНАЧЕННЯ ВІДНОШЕННЯ ПИТОМИХ ТЕПЛОЄМНОСТЕЙ Cp/Cv

МЕТОДОМ КЛЕМАНА-ДЕЗОРМА

Мета роботи. Визначити відношення питомих теплоємностей Cp/Cv повітря методом Клемана-Дезорма.

15.1. Теорія методу та опис приладів

Відношення питомих теплоємностей молярних газів відіграє важливу роль в адіабатичних процесах. Як відомо, метод Клемана-Дезорма ґрунтується на адіабатичному розширенні газів (у нашому випадку повітря).

Якщо балон, наповнений повітрям, при атмосферному тиску нагнітати додаткове повітря, то маса повітря, що була раніше в балоні, стиснеться до тиску P1 і займе об’єм V1. Одночасно при цьому стиснена маса повітря нагрівається. Коли припинивши нагрівання залишити балон на 2 - 3 хвилини, температура повітря в балоні зрівняється з кімнатною T1. Тоді тиск в балоні буде P=H+h1 (1 стан повітря), де H – атмосферний тиск, а h1 – надлишковий тиск в балоні, що визначається манометром. Потім відкриємо на короткий час кран, щоб тиск в балоні зрівнявся з атмосферним P2=H (стрілка манометра швидко прямує до нульової позначки), після чого кран закриємо.

Повітря в балоні швидко розширюється до об’єму V2, при цьому зважаючи на малий час розширення, помітний теплообмін між стінками балона і зовнішнім повітрям не відбуватиметься. Температура зменшиться до T2 (2 стан). Перехід повітря із стану 1 в стан 2 – адіабатичний і визначається рівнянням Пуассона:

P V P V			(15.1)
1 1	2 2	.

Чекаємо, поки температура повітря в балоні зрівняється з кімнатною T. Об’єм залишиться незмінним V2, тиск при нагріванні повітря збільшиться до P3. Надлишковий тиск в балоні стане рівним h2. Тоді P=H+h2 (3 стан).

У 1 і 3 станах температура повітря однакова. Тоді на підставі закону БойляМаріотта:

P V P V						(15.2)
1 1			3 2 .
Розв’язуючи (15.1) і (15.2) відносно γ матимемо:
		lg P1	lg P2
		lg P1	lg P3 .			(15.3)
Розклавши lgP1 і lgP3 в ряд Тейлора і обмежившись двома першими членами,
матимемо:
		h1
	h1 h2			.		(15.4)

Всі розглянуті процеси в балоні віднесемо до певної маси повітря, яка залишається в балоні під час досліду.

1

Опис приладу

Рис.1

Основою приладу (рис. 1) є великий балон 1, що сполучається з манометром 5, впускним краном 3 і насосом 4. В балон вмонтовано трубку великого діаметру з краном 2 для сполучення повітря, що знаходиться в балоні з атмосферою.

Література

1.Кучерук І.М., Горбачук І.Т., Луцик П.П. Загальний курс фізики: навч.

посібник. – Т.1. – К., 2006. – С. 383 – 386.

2.Елементарний підручник фізики. За ред. Г.С. Ландсберга. Т.1. – К. –

1968. – С. 401 – 403.

3.Бушок Г.Ф., Венгер Є.Ф. Курс фізики. Т. 2. – 2001. – С. 332 – 334; С. 337

–341.

4.Фізичний практикум під ред. В.П. Дущенка. – К.: Вища шк., 1981. – Ч.I.

–С. 195 – 197.

5.Гапчин Б.М., Дутчак Я.Й., Френчко В.С. Молекулярна фізика. Лабораторний практикум. Навч. посібник. – Львів. – 1990. – С. 195 – 197.

15.2. Контрольні запитання для визначення ступеня готовності студента

до виконання роботи

1.Що називають адіабатичним процесом?

2.Поясніть принцип роботи вимірювальної установки.

3.Чом після накачування повітря, не можна одразу відкривати кран, що з’єднує балон з навколишнім середовищем?

2

15.3. Практичне виконання роботи

Прилади, обладнання

1.Балон великої ємності з двома кранами. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 шт.

2. Манометр. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 шт.

3.Насос . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 шт.

Порядок виконання роботи

1. Відкрити кран 3, при цьому кран 2 повинен бути закритим, і нагнітати в балон повітря, за допомогою насосу 4, до тиску 50 – 100 мм.рт.ст. користуючись манометром. Закрити кран 3 почекати біля однієї хвилини і записати остаточні покази манометра – тиск h1 .

2. Відкрити на короткий час кран 2. Стрілка манометра стрімко піде до нульової позначки, після чого кран 2 одразу ж закрити. Через 2 – 3 хвилини зафіксувати тиск h2.

3.За формулою (15.4) обчислити γ для повітря і порівняти з теоретично знайденим значенням, використавши рівняння Маєра і вважаючи що повітря є двоатомним газом.

4.Дослід повторити 3 – 5 разів.

5.Дані вимірювань і обчислень занести в звітну таблицю, складену самостійно та підрахувати похибки.

15.4. Орієнтовні контрольні запитання і тестові завдання для оцінювання якості виконання і захисту лабораторної роботи

1.Що називається теплоємністю тіла?

2.Що називають питомою теплоємністю речовини?

3.Що називають молярною теплоємністю речовини?

4.Що таке Cp і Cv?

5.Який газ називається ідеальним?

6.Вивести зв’язок між молярними теплоємностями при сталих тиску і об’єму для ідеальних газів (рівняння Маєра).

7.Що розуміють під ступенями вільності молекул газу?

8.Як залежить від числа ступенів вільності молекул молярні теплоємності

газів та їх відношення c p ? cv

9.Які процеси називаються ізотермічними, ізобаричними, ізохоричними, адіабатичними та якими законами вони характеризуються?

10.Вивести формулу для визначення відношення Cp/Cv газів методом Клемана-Дезорма.

11.Чому один з кранів рекомендується відкривати тільки на короткий час і як це впливає на точність визначення?

12.Вивести формулу для визначення відносної та абсолютної похибки вимірювань?

3