Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство морского и речного транспорта

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ

имени адмирала С.О. Макарова

филиал в городе Архангельске

АРКТИЧЕСКИЙ МОРСКОЙ ИНСТИТУТ

имени В.И. Воронина

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 121

по курсу Физики

Определение температурного коэффициента давления

Выполнил:

студент 1 курса АМИ

Данилюк Дмитрий Юрьевич

№ зачетной книжки: А- 8126674 Проверил: В. Э. Махин

Архангельск 2012

Определение температурного коэффициента давления

Цель работы: установление вида зависимости давления идеального газа от температуры в изохорном процессе, определение температурного коэффициента давления и значения абсолютного нуля температуры по шкале Цельсия.

Теоретические положения

Идеальным газом называется газ, удовлетворяющий трём условиям:

1) Суммарный собственный объём молекул газа пренебрежимо мал в сравнении с объёмом, занимаемым газом (объёмом сосуда);

2) Между молекулами отсутствуют силы взаимодействия;

3) Столкновения молекул газа между собой и стенками сосуда абсолютно упругие.

Экспериментально был установлен ряд законов, описывающих свойства идеальных газов.

Закон Бойля-Мариотта: для данной массы газа при постоянной температуре произведение давления газа p на его объём V есть величина постоянная:

pV = cоnst .

Закон Шарля: давление данной массы газа при постоянном объёме изменяется линейно с температурой:

p = p₀(1 + t),

где   1/273 – термический коэффициент давления, К^-1; p, p₀ – абсолютные давления при температурах t и t₀, равной 0C.

Зависимости p=f(t) для двух различных газов при V = const (изохоры) приведены на рис. 1,а.

Закон Гей-Люссака: объём данной массы газа при постоянном давлении изменяется линейно с температурой:

V = V₀(1 + t),

где   1/273 – термический коэффициент объёмного расширения, К^-1.

Зависимости V =f(t) для двух разных газов при постоянном давлении (изобары) приведены на рис. 1,б.

Графики на рис. 1 пересекают ось температур в одной и той же точке при температуре, равной -1/ = -1/  -273,15C. При этой температуре давление и объём идеального газа обращаются в нуль. Эту температуру, при которой полностью отсутствует тепловое движение молекул, называют абсолютным нулём температуры. При абсолютном нуле вещество находится в состоянии с наименьшей возможной энергией.

В действительности при низких температурах газ конденсируется и превращается в жидкость, поэтому концы графиков изображены штриховыми линиями.

Шкала, на которой абсолютный нуль взят за начало отсчёта температур, называется шкалой Кельвина. Единица температуры в этой шкале кельвин (1К), размер которой совпадает с размером градуса Цельсия. Между температурой, выраженной по шкале Цельсия, t и абсолютной температурой Т существует соотношение

T = t +273,15.

Законы Бойля-Мариотта, Гей –Люссака и Шарля можно обобщить, представив в виде уравнения Клапейрона:

Где С – газовая постоянная, различная для разных количеств вещества.

Для идеальных газов справедлив также закон Авогадро: моли любых газов при одинаковых температуре и давлении занимают одинаковые объёмы. При нормальных условиях ( = 760 мм рт. ст. = 101325 Па, Т0 = =273,15 К) этот объём равен Vm0 = 22,414 л = 22,414*10^-3 м³.

Д.И. Менделеев, объединив уравнение Клайперона с законом Авагадро, получил уравнение состояния идеального газа для 1 моля

(2)

Это уравнение называют уравнением Клайперона – Менделеева. В (2) величина R = 8,314 Дж/(моль*К) называется универсальной газовой постоянной. Она одинакова для всех идеальных газов. Численное значение R можно получить, если подставить в (2) значения параметров нормального состояния газа , Т₀ V_m0 .

Для произвольного количества вещества уравнение Клайперона – Менделеева записывают в виде:

pV = ,

где m - масса, кг; – молярная масса вещества, кг/моль; v = m/ - количество вещества, моль.