Определение отношения теплоёмкости газа при постоянном давлении к теплоёмкости при постоянном объёме - файл n1.doc

Определение отношения теплоёмкости газа при постоянном давлении к теплоёмкости при постоянном объёме
скачать (118.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc119kb.23.11.2012 19:55скачать

n1.doc



УГТУ-УПИ им. С. М. Кирова

кафедра физики
Отчёт

по лабораторной работе № 7
Определение отношения теплоёмкости газа при постоянном давлении к теплоёмкости при постоянном объёме.

Студент: Штин Алексей

Группа: Р-160

Дата:
г. Екатеринбург г 1995
Некоторые сведения из теории.

Теплоемкостью тела называется физическая величина, числено равная количеству тепла, которое необходимо сообщить телу, чтобы повысить его температуру на 1 кельвин.

Теплоемкость единицы массы называется удельной теплоемкостью, а теплоемкость одного моля вещества - молярной теплоемкостью. Таким образом,

где C и Cm - удельная и молярная теплоемкости;

dQ - количество тепла, сообщенного телу;

dT - приращение температуры;

m - масса тела;

M - малярная масса.

Величина теплоемкости вещества в общем случае зависит от условий нагревания и температуры.

Выражение для молярной теплоемкости идеального газа при постоянном давлении имеет вид:

где i - число степеней свободы молекул газа;

R - универсальная газовая постоянная.

Молярная теплоемкость равна

Из выражений следует, что отношение теплоемкости Cmp к теплоемкости Cmv равно



Величину g называют коэффициентом Пуассона или показателем адиабаты.

Целью настоящей работы является определение g воздуха весьма простым экспериментальным методом Клемана-Дезорма.
Метод Клемана-Дезорма.




Рис. 1
Метод Клемана-Дезорма по определению g базируется на измерении давления газа, заключенного в одном и том же сосуде и последовательно проходящего через три состояния: из первого во второй газ переходит адиабатически, из второго в третье - изохорически (рис. 1).

Расчетная формула для определения g имеет вид:

где h - высота столба жидкости.
Работа при адиабатическом процессе.

В данной работе также определяется работа при адиабатическом расширении газа на участке кривой 1-2 (рис. 1).

Адиабатическим называется процесс, происходящий баз теплообмена с окружающей средой.

Расчетная формула работы при адиабатическом расширении газа в рассматриваемом случае имеет вид:


1


где V1 - первоначальный объем газа, который хотя и меньше объема баллона V2, но на небольшую величину. Поэтому при расчете работы за величину V1 принимают объем баллона. Величина r - плотность жидкости (воды) в манометре.
Описание установки. Порядок выполнения работы.




Рис. 2
Установка (рис. 2) состоит из стеклянного баллона Б, U-образного манометра М, резиновой груши Г с зажимом Мора З и электроклапана К, который позволяет одновременно соединить баллон с атмосферой и электросекундомером. Одно колено житкостного (водяного) U-образного манометра открыто, а другое соединено с баллоном, поэтому когда баллон соединен с атмосферой, уровни жидкости в обоих коленах одинаковы. Резиновая груша служит для нагнетания воздуха в баллон.

Порядок выполнения работы

1. Прежде всего необходимо проверить, нет ли утечки воздуха из баллона. Для этого с помощью резиновой груши медленно нагнетают в баллон воздух до давления больше атмосферного. Давление измеряется по разности уровней в коленах манометра.

Так как при этом воздух в баллоне несколько нагревается, то следует подождать 5-6 минут, пока установится тепловое равновесие. После этого, если показания манометра не изменяются (нет утечки воздуха), записывают значение h1, соответствующее состоянию 1.

2. Затем нажимают клапан К, соединяя баллон с атмосферой; воздух при этом выходит из баллона со слабым свистом, и как только он прекратится, клапан закрывают.

Предполагается, что этот процесс соответствует адиабате 1-2 на рис. 1. Давление воздуха в баллоне к моменту закрытия клапана (состояние 2) равно внешнему атмосферному. Через некоторое время после закрытия клапана газ по изохоре перейдет в состояние 3 и, казалось бы, изменив состояние h2 по манометру, можно по формуле рассчитать g. Однако описанный способ является довольно грубым, что сказывается на точности определения g.

На самом деле это не так. Поэтому, учитывая неадиабатичность и, главное, неравновесность процесса между состояниями 1 и 2, мы получаем не значение h2, которое необходимо для расчета g, а некоторое другое значение h’2; при этом значение h’2 будет тем меньше, чем больше время t, в течение которого из баллона выпускается воздух. В предельном случае при большой выдержке t температуры вне и внутри баллона могут сравняться; и после закрытия клапана давление в баллоне не изменится, то есть h’2 будет равно 0.

Установлено, что между h2 и h’2 достаточно хорошо выполняется следующая зависимость:



где a - константа, зависящяя от параметров установки и условий опыта;

t - время, в течение которого выпускается из баллона воздух (открыт клапан).

Эта формула позволяет по экспериментальным значениям h’2, полученным из опыта, определить h2, а затем и более точно рассчитать g.




Рис. 3
На рис. 3 представлен график зависимости из которого видно, что, повторив опыт несколько раз, (при одной и той-же величине h1) с различным временем, можно путем экстраполяции определить h2.

Таким образом, второй этап опыта (пункт 2) следует проверить в следующем порядке:

а) соединить баллон при помощи клапана К (на клапан нажимать резко и до упора) с атмосферой на 5 секунд, после чего клапан закрыть. Время определяется по секундометру;

б) выждать, пока давление перестанет меняться (2-3 минуты), и сделать отсчет разности уровней манометра h’2;

в) операции а) и б) повторить со временем t соединения баллона с атмосферой: 5, 9, 13, 17, 21, 25 с. При этом максимальное время t должно быть выбрано так, чтобы соответствующая ему разность уровней h’2 была значительно больше погрешности манометра.

Необходимо следить за тем, чтобы начальное превышение давления h1 в баллоне перед открытием клапана в каждом опыте было одно и то же. C этой целью исходное давление достигается осторожным нагнетанием воздуха в баллон грушей Г до тех пор, пока в монометре уровень жидкости не достигнет красной метки.
Вычисление работы адиабатического расширения воздуха.

Работа газа вычисляется по формуле (1). Значение показателя адиабаты * берется из эксперимента. Все величины, входящие в формулу (1) нужно выразить в СИ.

Средства измерений и их характеристики.

Наименование средства измерения и его номер

Предел измерений или номинальное значение

Цена деления шкалы

Класс точности

Предел основной погрешности, Qосн.

Электросекундомер №ПВ-53Л

Шкалы

грубая(секундная)

точная


10с






0,01с



±0,05с

Водяной манометр

700мм

1мм




1мм

Установка №2

Объем баллона V=0,0195м3, DV=0,0003м3.

rводы=1000 кг/м3, g=9,81 м/с2.

Результаты измерений.

h1i, мм вод. ст.

t, с

h’2 мм вод. ст.

ln h’2

357

5,01

71

4,267

357

9,02

55

4,007

357

13,08

45

3,807

357

17,04

35

3,555

357

21,04

28

3,332

357

25,02

18

2,890

1>=357мм вод. ст.

Расчет искомых величин.

1. Расчет коэффициента Пуассона

По графику находим ln h2=4,6 ,тогда h2=99,48



2. Расчет работы при адиабатическом расширении газа


Дж


Окончательный результат.

1. Коэффициент Пуассона воздуха равен

g=1,39

2. Работа при адиабатическом расширении воздуха равна

A=49,13 Дж

Выводы. В данной лабораторной работе я определил отношение теплоёмкости газа при постоянном давлении к теплоёмкости при постоянном объёме - коэффициент Пуассона воздуха и получил его равным 1,39. Это значение вполне соответствует теоретическому значению. Также в своей работе я рассчитал работу при адиабатическом расширении воздуха. Её численное значение 49,13 Дж, что также входит в рамки разумного значения при данных условиях эксперимента.



Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации