Описание лабораторной установки

Схема лабораторной установки изображена на рис. 2. Исследуемый газ (воздух) находится в баллоне 1. Баллон помещён в наполненный водой водонагреватель 2. Температура воды в водонагревателе может изменяться с помощью нагревательного элемента 3. При его выключении в течение 1-2 минут температура воздуха в баллоне становится практически равной температуре воды. Температура воды в водонагревателе с помощью термоэлектрического термометра 4. Давление воздуха в баллоне измеряется с помощью манометра 5. Атмосферное давление измеряется барометром 6.

Вывод расчётных формул

Закон Шарля связывает абсолютное давление с температурой, определенной по шкале Цельсия, где   1/273 – термический коэффициент давления, К^-1; p, p₀ – абсолютные давления при температурах t и t₀, равной 0C.

На практике для определения абсолютного давления р используют два прибора:

1. Манометр, измеряющий избыточное над атмосферным давление ри газа в сосуде.

2. Барометр, измеряющий атмосферное давление .

Абсолютное давление, в соответствии с законом Паскаля:

График функции - прямая, угловой коэффициент которой равен произведению , а свободный член равен (рис.1).

Порядок выполнения работы nb: при использовании в качестве теплоносителя воды температура ее не должна превышать 65 0с .

1. С помощью барометра 6 определить атмосферное давление р_а в единицах измерения СИ – Паскалях. Результат измерения занести в таблицу 1 во внесистемных единицах измерения давления – миллиметрах ртутного столба: 1 мм.рт.ст. = 133,4 Па.

2. Подсоединить баллон 1, воздух в котором находится под атмосферным давлением, к манометру 5.

3. Поместить чувствительный элемент термометра 4 в наполненный водой водонагреватель 2.

4. Показания термометра и манометра р_и, мм.рт.ст. занести в таблицу 1.

5. Включить нагреватель 3 на 60 секунд и выключить.

6. После установления теплового равновесия между водой в водонагревателе и воздухом в баллоне снять показания термометра и манометра р_и. Показания занести в таблицу 1.

7. Включить нагреватель 3 на 15 секунд и выключить.

8. После установления теплового равновесия между водой в водонагревателе и воздухом в баллоне снять показания термометра и манометра р_и. Показания занести в таблицу 1.

9. Нагрев воды прекратить при приближении температуры ее к отметке 65 0с.

Таблица 1.

pa=774, мм.рт.ст
	22
ри, мм.рт.ст.	0	10	30	42	58	71	80
, мм.рт.ст.	774,44	784,44	804,44	816,44	832,44	845,44	854,44

Обработка результатов эксперимента

1. По результатам измерений построить график линейной зависимости .

2. По графику определить p₀ и .

3. Задача значительно упрощается при построении графика в Excel с использованием точечной диаграммы, линии тренда и уравнения линии тренда. Уравнение линии тренда выдается в виде: . В наших обозначениях: .

4. Оценить значение температуры абсолютного нуля по шкале Цельсия:

Примечание. Точность расчётов можно повысить если учесть объём воздуха в шлангах и манометре.

Внимание! При попадании в баллон влаги давление в нем может возрасти до 100 кПа и более за счет давления водяного пара. Признаком попадания влаги являются:

- повышение давления более чем до 300 мм рт. ст.;

- срабатывание предохранительного клапана, настроенного на давление 40-60 кПа;

- соскакивание шланга со штуцера баллона.

При появлении этих признаков следует открыть вентиль К1 и прекратить опыт. Затем снять крышку баллона, тщательно вытереть и просушить баллон, установить крышку на место.