Описание установки и метода измерения

Метод измерения универсальной газовой постоянной R основан на том, что воздух считают идеальным газом, подчиняющимся уравнению Менделеева-Клапейрона, измеряют его параметры в баллоне при атмосферном давлении и после удаления некоторой части газа (после откачки); рассчитывают универсальную газовую постоянную по формуле (1). Схема установки представлена на рисунке 1. Стеклянный баллон в виде шара с отростком 1 подсоединяют резиновой трубкой 5 с зажимом 2 к металлическому манометру 4, к которому с другой стороны с помощью трубки 5 присоединен насос 6 для откачки воздуха из баллона. Массу газа измеряют с помощью технических весов.

Устройство весов

Технические рычажные весы предназначены для взвешивания тел массой до 0,5 кг (или до 1 кг) с точностью до 10 мг. Основными частями весов (рис.2) являются: коромысло 1, чашка 2 с подвесками 3 и серьгами 4, колонка 5, подставка 6 с установочными винтами 7. На коромысле жестко укреплены три стальные призмы 8. Ребро средней (опорной) призмы служит осью вращения коромысла; на крайние призмы подвешены чашки. Стрелка 9 отмечает по шкале 10 положение коромысла. Тарировочные гайки 11 служат для регулировки положения равновесия коромысла. По отвесу 12 контролируют вертикальную установку колонки. Арретир 13 служит для освобождения опорной призмы от нагрузки. При повороте рукоятки 13 против часовой стрелки опорная призма опускается, и коромысло ложится на специальные упоры 14, а чашки - на подставку весов. В таком положении весы арретированы.

Правила работы с весами

Технические весы представляют собой чувствительный прибор, требующий аккуратного обращения. При работе с ними нужно соблюдать следующие правила:

1. В нерабочем положении весы всегда должны быть арретированы.

2. Не наклоняйте весы и не переносите без надобности с места на место, оберегайте их от толчков.

3. Перед взвешиванием установите весы по отвесу и проверьте их. В исправных весах после освобождения арретира коромысло (и стрелка) начнет плавно качаться около положения равновесия, которое необязательно совпадет со средним делением шкалы. Если положение равновесия смещено за пределы шкалы, нужно отрегулировать весы с помощью тарировочных гаек.

4. Гири следует помещать на чашку весов, начиная с наибольшей (для данного тела) и ни одной не пропуская. Грузы и гири кладите на весы аккуратно без толчков и только тогда, когда весы арретированы. Положив гирьку, осторожно освободите весы от арретира настолько, чтобы увидеть, какая чашка перевешивает, и снова арретируйте весы. При перегрузке последнюю гирю снимают и ставят следующую по порядку и т.д., пока весы не будут уравновешены.

5. Не трогайте разновески руками, берите их пинцетом. Разновесы должны находиться или в соответствующем гнезде ящика, или на чашке весов.

Погрешность взвешивания считают равной массе наименьшей гири, которая еще вызывает заметное отклонение стрелки от положения равновесия.

Подготовка к проведению эксперимента

1. Ознакомьтесь с оборудованием, определите пределы измерения, цену деления и приборную погрешность манометра, термометра, весов.

2. Подготовьте весы к работе. При взвешивании баллон прикрепите за петлю к чашке весов. ЧЕХОЛ С БАЛЛОНА НЕ СНИМАТЬ!

Задание 1. Измерение универсальной газовой постоянной

1. Определите массу баллона с воздухом при атмосферном давлении на технических весах с точностью до 10 мг.

2. Снимите баллон с весов. Соедините манометр с насосом и баллоном (рис.1). Откачайте воздух из баллона до некоторого давления, например, до 0,4 кгс/см². (1 кгс/см² = 9,8·10⁴ Па). Закройте краны манометра 3 и зажим баллона 2, затем отсоедините резиновую трубку баллона от манометра.

3. Поместите баллон на весы и определите массу баллона после откачки. Вычислите массу откачанного воздуха.

4. Повторите опыт 3-7 раз, изменяя разность давлений до 0,8-0,9 кгс/см². Вычислите универсальную газовую постоянную R (формула 1) для каждого опыта.

5. Найдите среднее значение R и оцените погрешность как при косвенных измерениях в невоспроизводимых условиях (С.7).

Таблица

п/п	Масса баллона		Масса откач. воздуха  m , кг	Разность давлений		Универсальная газовая постоянная R, Дж/(моль К)
	до откачки	после откачки		 P, кгс/см^2	P, Па
1