Упражнение 1. Определение коэффициента Пуассона

1. Закройте кран К и с помощью груши Г накачайте воздух в сосуд А. Когда разность уровней в манометре достигнет 20-25 см, закройте кран S.

Нагнетание воздуха нужно производить очень аккуратно, все время следя за тем, чтобы в правом колене манометра жидкость не опускалась ниже деления 300 мм. Если это случится, то жидкость будет выброшена из манометра.

2. Подождите, пока температура внутри сосуда станет равной температуре окружающей среды. Это происходит за 3-5 минут.

Когда разность уровней жидкости в манометре перестанет меняться (состояние 2), измерьте h₁.

3. Откройте на короткий промежуток времени кран К, сообщающий сосуд А с атмосферой. За время, в течение которого кран К открыт, давление в сосуде сравняется с атмосферным, а температура воздуха не изменится. Поэтому кран нужно закрывать сразу же, как только прекратится шипение выходящего воздуха.

4. После того, как давление в сосуде вновь установится, (состояние 3), измерьте h₂.

5. По найденным значениям h₁ и h₂ рассчитайте  по формуле (27).

6. Откройте кран К на такое время, чтобы все параметры газа приняли исходные значения (состояние 1). Повторите опыт 7 - 8 раз, найдите  и проведите статистическую обработку результатов измерений.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение степеней свободы.

2. Какие «сорта» степеней свободы вы знаете?

3. Сколько и каких степеней свободы :

а) у материальной точки;

б) у абсолютно твердого тела;

в) у одно-, двух-, трех-, многоатомной молекулы?

4. Сформулируйте закон равномерного распределения энергии по степеням свободы.

5. Докажите, что на любую степень свободы приходится энергия, равная 1/2· кТ.

6. Получите выражение для внутренней энергии идеального газа.

7. Какими способами термодинамическая система обменивается энергией с внешней средой?

8. Выведите формулу элементарной работы газа.

9. Сформулируйте и запишите I закон термодинамики.

10. С какими процессами вы имели дело в данной работе? Дайте их определение и изобразите графически в координатах p-V.

11. Запишите I закон термодинамики для этих процессов и выражения для их же теплоемкостей.

12. Дайте определение теплоемкости термодинамической системы. Единицы измерения. От чего зависит теплоемкость газовой системы?

13. Что такое коэффициент Пуассона? Как рассчитать его теоретическое значение?

14. Выведите экспериментальную формулу (27) для расчета .

15. Дайте трактовку результатов вашего эксперимента.

16. Рассмотрите последовательно все процессы, происходящие с газом в ходе опыта. Напишите уравнения, описывающие эти процессы.

Индивидуальные задания по обработке результатов измерений

Для выполнения индивидуального задания измерьте:

Р_атм. = Р₁ и Т_комн. = Т₁.

Объем сосуда V₁ = 26, 4 л.

Молярная масса воздуха  = 29 . 10^-3 кг/моль.

1. Рассчитайте параметры воздуха в состояниях:

а) 2, 3 и 3; б) 2 и 2.

Учтите при этом, что состояния 1, 2 и 3 ложатся на одну изотерму, а состояния 2 и 2 - на одну изохору (рис. 2).

2. Определите полное число киломолей воздуха в сосуде А в следующих случаях:

а) в состоянии 1;

б) при давлении и температуре, соответствующие точке 2 на рис. 2.

3. Определите полное число молекул и концентрацию молекул воздуха в сосуде А в следующих случаях:

а) в состоянии 1;

б) при давлении и температуре, соответствующие точке 2 на рис. 2.

4. По экспериментальным данным рассчитайте число степеней свободы молекул воздуха. Сделайте вывод о строении молекул, преобладающих в воздухе.

5. Рассчитайте:

а) молярную теплоемкость воздуха при постоянном объеме;

б) молярную теплоемкость воздуха при постоянном давлении;

в) удельную теплоемкость воздуха при постоянном объеме;

г) удельную теплоемкость воздуха при постоянном давлении.

6. Рассчитайте среднеквадратичную скорость молекул, среднюю кинетическую энергию молекул воздуха в состояниях:

а) 1; б) 2; в) 2; г) 3; д) 3.

7. Рассчитайте внутреннюю энергию молекул воздуха в состояниях 2 и 3. Найдите изменение внутренней энергии в процессе 2 3. Запишите первое начало термодинамики применительно к этому процессу.

8. Рассчитайте внутреннюю энергию молекул воздуха в состояниях 1 и 2. Найдите изменение внутренней энергии в процессе 12. Запишите первое начало термодинамики применительно к этому процессу.

9. Рассчитайте внутреннюю энергию молекул воздуха в состояниях 2 и 2. Найдите изменение внутренней энергии в процессе 22. Запишите первое начало термодинамики применительно к этому процессу.

10. Рассчитайте внутреннюю энергию молекул воздуха в состояниях 3 и 3. Найдите изменение внутренней энергии в процессе 33. Запишите первое начало термодинамики применительно к этому процессу.

Таблица вариантов

N варианта	Номера заданий
1	1 (а)	2 (а)	5 (а,б)	6 (а)
2	1 (б)	2 (б)	5 (б,г)	6 (б)
3	1 (а)	4	5 (в,г)	7
4	1 (б)	3 (а)	4	9
5	1 (а)	3 (б)	4	10
6	1 (б)	2 (а)	5 (а,в)	8
7	1 (а)	4	5 (б,г)	6 (в)
8	1 (б)	2	5 (а,б)	9