МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени В.С. Черномырдина»
Губкинский институт (филиал)
Физика Механика проверка закона бойля - мариотта
Методические указания к лабораторной работе№14 для направления подготовки
специалистов: |
130400.65 |
- Горное дело |
|
190109.65 |
- Наземные транспортно-технологические средства |
бакалавров: |
080200.62 |
- Менеджмент |
|
140400.62 |
- Электроэнергетика и электротехника |
|
220400.62 |
- Управление в технических системах |
|
270800.62 |
- Строительство |
|
190600.62 |
- Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов |
Губкин,2011
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени В.С. Черномырдина»
Губкинский институт (филиал)
УТВЕРЖДЕНО
Директором Губкинского
института (филиала) МГОУ
Физика Механика проверка закона бойля - мариотта
Методические указания к лабораторной работе №14 для направления подготовки
специалистов: |
130400.65 |
- Горное дело |
|
190109.65 |
- Наземные транспортно-технологические средства |
бакалавров: |
080200.62 |
- Менеджмент |
|
140400.62 |
- Электроэнергетика и электротехника |
|
220400.62 |
- Управление в технических системах |
|
270800.62 |
- Строительство |
|
190600.62 |
- Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов |
Губкин, 2011
УДК 53
Ф 50
Физика. Часть 1.Проверка закона Бойля-Мариотта: Методические указания к лабораторной работе №14/ Сост. А.Н. Ряполов, Н.В. Ряполова; Рец. к.т.н., доцент кафедры физики КГТУ А.А. Чернышова, к.т.н., зав.кафедрой теоретической и прикладной механики ГИ (филиала) МГОУ доцент И.С. Булгаков. - Губкин.: ГИ МГОУ, 2011.- 12с.
Методические указания включают рекомендации и указания по выполнению лабораторной работы, в которой экспериментально определяется и теоретически вычисляется с использованием законов Дальтона и Бойля-Мариотта указанное давление газов.
Указания содержат краткую теоретическую часть (даны определения многим термодинамическим понятиям, сформулированы законы Бойля-Мариотта и Дальтона), описание экспериментальной установки и порядок выполнения работы.
Предназначены для студентов технических специальностей вузов.
© Губкинский институт (филиал) Московского государственного
открытого университета, 2011.
© А.Н. Ряполов, Н.В. Ряполова, 2011.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №14
ПРОВЕРКА ЗАКОНА БОЙЛЯ - МАРИОТТА
Цель работы: изучение и применение изотермического процесса, проверка закона Бойля-Мариотта.
Приборы и материалы: лабораторный комплекс ЛКТ - 9 №03.
КРАТКОЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ
В молекулярной физике и термодинамике мы имеем дело с системами, состоящими из большого числа частиц, т. е. с макроскопическими системами. Для одной частицы в отдельности нельзя указать ее координату и направление движения, определить температуру и давление. Измеримы только параметры состояния совокупности молекул, т. е. макроскопические характеристики.
Рассмотрим идеализированную модель реальных газов - идеальный газ. Идеальным называют такой газ, для которого можно пренебречь размерами молекул, силами молекулярного взаимодействия, соударения молекул в таком газе происходят, по закону соударения упругих шаров. Реальные газы ведут себя подобно идеальному, когда среднее расстояние между молекулами во много раз больше их размеров, т. е. при достаточно больших разрежениях.
Состояние некоторой массы газообразного вещества характеризуют зависимыми друг от друга физическими величинами, называемыми параметрами состояния. К ним относятся объем , давление , и температура .
Между параметрами и существует однозначное соотношение. В общем виде это соотношение - уравнение состояния - для простых систем может быть записано следующим образом . С помощью уравнения состояния всегда по двум параметрам можно определить третий.
Всякое изменение состояния тела называется термодинамическим процессом. В любом термодинамическом процессе изменяются параметры, определяющие состояние тела.
Нет ни одного процесса, при котором изменялся бы только один параметр. Изменение одного параметра ведет к изменению остальных. Процесс, при котором, один из параметров сохраняется постоянным, а два других изменяются, называют изопроцессом.
Процесс, происходящий в газе при постоянной температуре, называется изотермическим (от греческих слов: «изос» - равный; «термос» - теплый), при постоянном объеме - изохорическим (изохорным), при постоянном давлении - изобарическим (изобарным).
Закон Бойля - Мариотта устанавливает зависимость давления от объема при постоянной температуре: давление газа данной массы ( ) при постоянной температуре изменяется обратно пропорционально его объему
.
Этот закон можно сформулировать иначе: произведение давления на объем для данной массы газа есть величина постоянная, т. е.:
. (1)
Величина константы - своя для каждой температуры данного газа.
Для поддержания постоянной температуры исследуемый газ должен находиться в хорошем тепловом контакте с окружающей средой, имеющей неизменную температуру. В этом случае говорят, что газ находится в контакте с термостатом - большим тепловым резервуаром, на состояние которого не влияют любые изменения, происходящие с исследуемым газом.
Закон Бойля - Мариотта хорошо выполняется для всех газов и их смесей в широком диапазоне температур и давлений. Отклонения от этого закона становятся существенными лишь при давлениях, в несколько сотен раз превышающих атмосферное, и при достаточно низких температурах.
Для наглядного изображения изменений состояния газа и происходящих с ним процессов удобно использовать так называемые - диаграммы (рис.1), где по оси абсцисс откладываются значения объема, а по оси ординат - давления.
И зотермический процесс для каждого газа графически изображается серией (семейством) кривых на - диаграмме, называющихся изотермами. Они выражают зависимость между объемом и давлением этого газа, - каждая кривая для какой-нибудь одной температуры. В случае идеального газа эти кривые представляют собой гиперболы. Чем выше температура, тем дальше от координатных осей расположена соответствующая изотерма.
На практике очень часто приходиться встречаться со смесями газов (воздух, рабочие смеси в двигателях внутреннего сгорания, смеси отработанных газов и т. д.).
Закон Дальтона: давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений , входящих в неё газов:
.
Парциальное давление - давление, которое производил бы газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он занимал объём, равный объёму смеси при той же температуре.
Также как и закон Бойля - Мариотта, закон Дальтона не оправдывается для слишком сжатых газов.