Экспериментальная установка

Установка (рис.1) состоит из стеклянного баллона А, соединенного с насосом и манометром. Кран К₁ соединяет баллон А и манометр с атмосферой. Баллон Б снабжен краном К₂, имеющим два рабочих положения. В одном положении крана К₂ баллон Б заполняется газом, в другом - газ из Б через сушильный аппарат поступает в баллон А.

Атмосферный воздух состоит из газов N₂, О₂, СО, СО₂ , небольшого количества H₂O и т.д., поэтому воздух можно считать двухатомным газом. Если абсолютная влажность воздуха велика, паров воды много (в установке отсутствует сушильный аппарат), то воздух нельзя считать двухатомным газом. Присутствие большого количества воды может привести к значительным искажениям результатов, поэтому воздух, поступающий в баллон А, необходимо подвергать осушению.

Методика и техника эксперимента

Параметры первоначальной массы газа, находящегося в баллоне первоначально, следующие: , , .

Если при помощи насоса медленно (изотермически) накачать в баллон А некоторое дополнительное количество газа, то давление в баллоне А станет равным , где P₀ - атмосферное давление, h₁ - добавочное давление, определяемое по разности уровней жидкости в манометре. Состояние газа, установившееся в баллоне, определяется параметрами (состояние I):

; < ; .

На короткое время откроем кран К₁, газ будет расширяться, давление понизится до атмосферного. Это расширение можно считать адиабатным, так как процесс протекает так быстро, что теплообмен между газом в баллоне и окружающей средой не успеет осуществиться. Параметры первоначальной массы газа будут равны (состояние II):

; < < ; <.

Подставляя значения P и V в уравнение Пуассона, получим:

или .

(8)

Охладившийся при расширении газ в баллоне через некоторое время нагревается до температуры в результате теплообмена с окружающей средой, при этом давление возрастет и станет равным

,

где h₂ - новая разность уровней в манометре. Объем воздуха не изменится (изохорный процесс). Это состояние первоначальной массы газа характеризуется параметрами (состояние III);

; ; .

В состоянии I и III воздух имеет одну и ту же температуру, следовательно, к этим состояниям можно применить закон Бойля-Мариотта:

, или

.

(9)

Возведем обе части этого выражения в степень и подставим значение в уравнение (8):

.

Логарифмируя обе части последнего уравнения и решая относительно , получим:

.

Так как давления P₀, P₀+h₁, P₀+h₂ мало отличаются друг от друга, то разности логарифмов давлений можно считать пропорциональными разностям самих давлений. Тогда:

.

(10)

Порядок выполнения работы

1. Убедиться, что кран К₁ – закрыт (разность уровней при автоматической накачке не должна быть равна 0), а К₂ - открыт.

2. Установить тип газа, нажать кнопки ПРИМЕНИТЬ и АВТОМАТИЧЕСКАЯ НАКАЧКА.

3. Необходимо добиться, чтобы разность уровней жидкости в манометре достигла 100 ... 160 мм водного столба.

4. Быстро перекрыть кран К₂.

5. Записать разность уровней жидкости h₁ в Таблицу.

6. Быстро открыть кран К₁ и, как только уровни жидкости в манометре сравняются, тотчас же его закрыть.

7. Когда давление окончательно установится (температура газа в баллоне А станет равной окружающей), произвести второй отсчет разности уровней в манометре и записать в таблицу h₂.

8. Вычислить значения . Все полученные результаты измерений свести в таблицу.

Чтобы уменьшить случайные погрешности измерений, опыт следует повторить многократно (5–7 раз) и произвести статистическую обработку полученных результатов.

№ опыта	h1, мм вод.ст.	h2, мм вод.ст.	i
1
2
3
…
7
среднее

9. Какое значение показателя адиабаты следует ожидать в проведенных опытах для конкретного типа газа?

10. В координатах (р, V) построить график изотермо – адиабатно -изохорного цикла.

11. Сравнить величину , полученную из эксперимента с теоретически вычисленной.