Порядок проведення лабораторної роботи:

1. Визначити висоту пробірки, прийняти її, як h₁.

2. Набрати гарячу воду в хімічний стакан.

3. Замірити температуру води – T₁.

4. За V₁ прийняти величину в h₁ умовних одиниць (у.о.). Тиск P₁ приймемо за атмосферний.

5. Занурити пробірку відкритим кінцем до верху.

6. Витягти пробірку, закривши пальцем її верх, і не відпускати палець до кінця другого експерименту.

7. Налити холодну воду в хімічний стакан.

8. Перевернути пробірку пальцем вниз і занурити у воду.

9. Виміряти температуру води – T₂.

10. Виміряти висоту повітряного стовпчика в пробірці – h₂.

11. За V₂ прийняти величину в h₂ умовних одиниць (у.о.). Тиск P₁ буде дорівнювати сумі атмосферного тиску і тиску водяного стовпчика всередині пробірки.

12. Тиск водяного стовпчика розраховується за формулою:

,

де – висота води всередині пробірки, 13,6 – коефіцієнт конвертації розмірностей: міліметри водного стовпчика в міліметри ртутного стовпчика.

13. Повторити пункти 1-12 ще два рази.

14. Перевірити формулу:

:

14.1 Визначити C₁ для трьох вимірів:

.

14.2 Визначити C₂ для трьох вимірів:

.

15. Визначити похибки:

15.1 Розрахувати середнє арифметичне для коефіцієнту C₁ виходячи з трьох експериментів за формулою:

.

15.2 Визначити абсолютну похибку Δ для кожного обчисленого значення C₁:

.

15.3 Визначити середню абсолютну похибку :

.

15.4 Визначити відносну похибку вимірювання C₁:

.

15.5 Розрахувати середнє арифметичне для коефіцієнту C₂ виходячи з трьох експериментів за формулою:

.

15.6 Визначити абсолютну похибку Δ для кожного обчисленого значення C₂:

.

15.7 Визначити середню абсолютну похибку :

.

15.8 Визначити відносну похибку вимірювання C₂:

.

16. Записати результати обчислень до таблиці:

№ досл.	P1, мм. рт. ст	V1, м^3	T1, К	P2, мм. рт. ст	V2, м^3	T2, К
1
2
3
№ досл.	C1,	,	, %	C2,	,	, %
1
2
3

17. Написати висновки.

Оформлення роботи

Звіт з виконання лабораторної робити роботи повинен мати в собі: титульний лист, короткі тезиси з теорії, дані вимірювань, обчислення, таблицю з результатами обчислень, висновки. Якщо звіт оформлюється рукописно, то необхідно звернути увагу на каліграфію при письмі.

Захист роботи:

1. Що таке ідеальний газ?

2. Про що говорить рівняння об’єднаного газового закону?

3. Чому в лабораторній роботі об’єм прийнятий умовними одиницями висоти пробірки?

4. Які процеси називаються ізохорними, ізотермічними та ізобарними?

5. Як ви розумієте поняття термодинамічна температура?

Лабораторна робота № 7

Тема роботи: „ Визначення універсальної газової постійної повітря “

Мета роботи: Експериментальне визначення універсальної газової сталої

Обладнання:

1. Металевий балон.

2. Електрична плитка.

3. Вимірювальний прилад температури.

4. Гліцериновий U-подібний манометр.

Короткі теоретичні положення

При проведенні розрахунків кінетичної теорії застосовується таке поняття, як термодинамічна система, що представляє собою сукупність матеріальних тіл, які знаходяться в механічній і теплової взаємодії один з одним і з навколишнім середовищем. Такою системою може бути газ, що знаходиться, наприклад, в робочому об’ємі циліндра теплової машини або в камері згорання газотурбінного двигуна.

Термодинамічна система характеризується фізичними величинами, що дозволяють визначити її стан при взаємодії з навколишнім середовищем. Основні з них – тиск, температура й об’єм. Методи розрахунків у термодинаміці прийнятні для рівноважних систем.

Для рівноваги термодинамічної системи в усіх її точках повинні бути однаковими тиск і температура. Всяка ізольована система з часом приходить у рівновагу. Система залишається в рівновазі доти, поки вона не буде виведена з цього стану зовнішнім впливом.

Розрахунок термодинамічної системи розробляється виходячи з умови наявності ідеального газу, який задовольняє такі умови:

1. власний об’єм молекул газу дуже малий порівняно із загальним об’ємом газу;

2. сили взаємодії між молекулами газу відносно малі;

3. зіткнення молекул газу між собою та зі стінками посудини є пружними, тобто при зіткненні виконуються закони збереження механічної енергії та імпульсу.

Стан ідеального газу визначається за трьома термодинамічними параметрами: тиском, об’ємом та термодинамічною температурою.

Термодинамічна (абсолютна) температура T вимірюється за шкалою температур Кельвіна і пов’язана з температурою за шкалою Цельсія t відношенням:

T = 273 К + t C.

Однією з одиниць системи СІ є одиниця кількості речовини, яка називається молем. Моль – це така кількість речовини, у якій міститься одне і те саме число елементарних частинок (атомів, молекул, іонів тощо), без залежності від типу речовини. Таке число називається числом Авогадро (N_A). Наприклад, 1 моль гелію, рівно як і 1 моль криптону буде мати одне и те саме число молекул – N_A = 6 · 10²³. При нормальний умовах об’єм одного молю речовини буде дорівнювати 22,4 · 10^-3 м³. Це число називається молярним об’ємом (V_) і є фізичною сталою, як і число Авогадро.

Для визначення параметрів стану будь-якого газу користуються рівнянням:

,

де P – тиск, R – універсальна газова стала (8,31 ), T – термодинамічна температура.

Цей вираз називають рівнянням стану ідеального газу або рівнянням Клапейрона чи рівнянням Клапейрона – Менделєєва.

Є рівняння Менделєєва – Клапейрона, яке варто застосовувати для визначення стану газу при відомому значенні кількості речовини газу.

,

де – кількість речовини ν:

,

де M_ – молярна маса.

1. 

_{Рис.1 Схема лабораторної установки}

У металічному балоні (Б) (рис. 1) знаходиться постійна маса повітря m (балон герметичний). Балон з’єднаний трубкою з манометром (М), що має вигляд U-образної скляної трубки, наповненої рідиною. Манометр має шкалу по якій можна виміряти різницю рівнів рідини у колінах манометра.

Балон встановлюють на нагрівач. В балон встановлена термопара за допомогою якої вимірюється температура газу. При підвищенні температури повітря в балоні його тиск збільшується, що приводить до зміни рівнів води в колінах манометра. Зміна обсягу повітря може бути виражена по різниці рівнів рідини

,

де S – площа поперечного перерізу трубки:

,

де d – внутрішній діаметр трубки.

Обсяг нагрітого повітря в балоні знаходиться по формулі:

,

де V₀ – обсяг балона, V – зміна об’єму повітря, яка викликана підвищенням температури.

Тиск до нагрівання буде аналогічний атмосферному тиску після нагрівання

,

де P₀ – атмосферний тиск, P – зміна тиску.

До уваги: 1 мм водяного стовпчика дорівнює 9,81 Па (1 мм гліцеринового стовпчика – 12,37 Па), отже:

.