Лабораторная работа №3. Определение отношения теплоемкостей газа методом Клемана-Дезорма.ТУСУР, Крафт Н.А. 2012 - файл n3.doc

Лабораторная работа №3. Определение отношения теплоемкостей газа методом Клемана-Дезорма.ТУСУР, Крафт Н.А. 2012
скачать (61.2 kb.)
Доступные файлы (3):
n1.txt2kb.15.03.2012 20:41скачать
n2.xlsxскачать
n3.doc128kb.16.03.2012 16:59скачать

n3.doc




Федеральное Агентство по образованию
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра физики

ОТЧЕТ


Лабораторная работа по курсу "Общая физика"

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТЕЙ ГАЗА МЕТОДОМ КЛЕМАНА–ДЕЗОРМА


Преподаватель




Студент гр. з-420-а







В.О. Филимонов







16.03.2012г.



2012

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью данной работы является изучение адиабатического и изохорического процессов в газах, определение отношения теплоемкостей (коэффициента Пуассона) и числа степеней свободы газа.
2. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА

Величину коэффициента Пуассона  можно определить с помощью прибора Клемана и Дезорма, изображенного на рисунке 2.1.





Рисунок 2.1 Схема экспериментальной установки

Для определения отношения теплоемкостей для газа (воздуха), находящегося в баллоне, с ним проводят последовательность термодинамических процессов. Они представлены на P-Vуд – диаграмме на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2- P-Vуд диаграмма процессов в газе




Обозначим через P0, V0, T0 исходные величины термодинамических параметров газа в баллоне. Сначала в баллон накачивается воздух насосом, достаточно быстро (процесс 1-2). При этом газ в баллоне сжимается и нагревается (выше комнатной температуры). После изохорического остывания до начальной комнатной температуры (процесс 2-3) газ имеет некоторое давление P1 (выше атмосферного) и температуру T0. Затем открывают клапан, соединяя баллон с атмосферой, и газ адиабатически расширяется (процесс 3-4).
3. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ
Приращение разности давления:
P12 j..n = (P1 j-P2 j)

где j- номер опыта; n – количество опытов (3.1)

Коэффициент Пуассона для j-го измерения:
(3.2)


Средний коэффициент значения Пуассона:
(3.3)
Экспериментальное число степеней свободы газа:
(3.4)
Вычисление погрешностей косвенного измерения ? mean
Абсолютная погрешность вычисления среднего значения коэффициента Пуассона:

(3.5)


Относительная погрешность вычисления среднего значения коэффициента Пуассона в процентах :
(3.6)

4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ АНАЛИЗ


Таблица 4.1 Результаты прямых и косвенных измерений





















P1, мм

P2, мм

(P1-P2), мм



j)^2

1

592

164

428

1,383

0,000029

2

543

144

399

1,361

0,000287

3

500

136

364

1,374

0,000018

4

410

110

300

1,367

0,000125

5

365

99,1

265,9

1,373

0,000026

6

321

84,8

236,2

1,359

0,000354

7

337

95,8

241,2

1,397

0,000374

8

118

33,9

84,1

1,403

0,000638

9

187

51,9

135,1

1,384

0,000040

 

 

 

Среднее:

1,378

 

 

 

 

Станд. Отклонение:

 

0,005124


Средний коэфициент значения Пуассона вычисляем по формуле (3.3)

?=1.378

С помощью преобразованой формулы (3.4) находится эксперементальное чило степеней свободы газа

i=2/(?-1)=2/(1.378-1)=5.29

Абсолютную погрешность вычисления значения коэффициента Пуассона находим по формуле (3.5)


?=0,0051?0.005


Относительная погрешность вычисления среднего коэффициента Пуассона в процентах находится по формуле (3.6)

?=(?/?)∙100%=(0.005/1.378)∙100%=0.36 %

5. ВЫВОДЫ


  1. В результате проведенной работы был определен коэффициент Пуассона исследуемого газа, а также погрешность его определения. Значение коэффициента Пуассона составило: ?=1.378±0,005.

  2. Результаты работы, малая погрешность измерений свидетельствуют о справедливости основных законов состояния идеального газа.



6. ОТВЕТЫ НА КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

4.1 Какой газ называется идеальным?
Идеальный газ — математическая модель газа, в которой предполагается, что потенциальной энергией молекул можно пренебречь по сравнению с их кинетической энергией. Между молекулами не действуют силы притяжения или отталкивания, соударения частиц между собой и со стенками сосуда абсолютно упруги, а время взаимодействия между молекулами пренебрежимо мало по сравнению со средним временем между столкновениями.
4.2 Что такое степени свободы молекул? Как число степеней свободы связано с коэффициентом Пуассона ?
Число степеней свободы: наименьшее число независимых координат, определяющих  положение и конфигурацию молекулы в пространстве.

Связь с коэффициентом Пуассона: ?=(i+2)/i
4.3 Чему равна теплоемкость идеального газа при адиабатическом процессе?
В адиабатическом процессе теплообмена с окружающей средой не происходит, т.е. ?Q=0. Следовательно, теплоемкость идеального газа в адиабатическом процессе также равна нулю: Садиаб=0.
4.4 В каких единицах измеряются в системе СИ давление, объем, температура, молярные теплоемкости?
Давление – в Паскалях (Па), Объем – в метрах кубических, м3 , Температура – в Кельвинах, К, Молярные теплоемкости – в Дж/(моль∙К)
4.5 Что такое молярные теплоемкости Ср и Сv?
Молярная теплоемкость Ср равна количеству теплоты, которое требуется для нагрева 1 моля газа на 1К при постоянном давлении.
Молярная теплоемкость Сv равна количеству теплоты, которое требуется для нагрева 1 моля газа на 1К при постоянном объеме.

4.6 Чем молярная теплоемкость отличается от удельной, удельная – от полной?

Молярная теплоемкость относится к 1 молю газа. Удельная теплоемкость относится к 1 кг. газа. Полная теплоемкость – к произвольной массе газа.
4.7 Что такое адиабатный процесс?
Это процесс, который протекает в газе без теплообмена с окружающей средой.
4.8 Что такое уравнение Пуассона?

Уравнение Пуассона связывает теплоемкости и газа и коэффициент Пуассона: ?=Cp/Cv
4.9 Может ли случиться, что газ получает теплоту, а его внутренняя энергия уменьшается?

Из уравнения I начала термодинамики Q=A+?U следует, что при положительной теплоте должно быть положительное изменение внутренней энергии, так как работа газа не может превышать сообщенную теплоту.
4.10 Изменяется ли внутренняя энергия идеального газа при изотермическом процессе?

В изотермическом процессе внутренняя энергия газа не изменяется: ?U=0
4.11 Какое влияние на результат опытов может оказать наличие водяного пара в воздухе, которым наполнен баллон?

Если в процессах не происходит конденсации пара, то влияние водяного пара будет рассматриваться как виляние 3-атомного газа. Т.е. коэффициент Пуассона уменьшается.
4.12 Какие из термодинамических параметров, используемых в данной работе, являются функциями состояния?
Функциями состояния является температура, объем, давление.
4.13 Какие из термодинамических параметров, используемых в данной работе, являются функциями процесса?
В данной работе не используется термодинамических параметров, которые, являются функциями процесса
4.14 Как изменяется энтропия при адиабатическом процессе? Ее статистический и термодинамический смысл?
В адиабатическом процессе процессе энтропия не изменяется.
Статистический смысл энтропии:

Вероятностное толкование понятия энтропии было дано в статистической физике Людвигом Больцманом. Для этого было введено понятие термодинамической вероятности (W) данного состояния некоторой системы. Термодинамическая вероятность означает число возможных неотличимых микроскопических состояний системы реализующих определенное макроскопическое состояние этой системы.
Термодинамический смысл энтропии:

Понятие энтропии введено в 1865 г. Р. Клаузиусом. Для выяснения физического содержания этого понятия рассматривают отношение теплоты , полученной телом в изотермическом процессе, к температуре теплоотдающего тела, называемое приве­денным количеством теплоты.

Приведенное количество теплоты, сообщаемое телу на бесконечно малом участке процесса, равно, т.е.

(1)

Функция , определяемая дифференциальным уравнением (1), называется энтропией, а не зависящая от выбора термометрического вещества температура Т термодинамической температурой. Из второго начала термодинамики следует также, что энтропия является однозначной функцией состояния. Это означает, что выражение для любого кругового равновесного процесса равно нулю. Если бы это не выполнялось, т. е. если бы энтропия была неоднозначной функцией состояния, то можно было бы осуществить вечный двигатель второго рода.


4.15 Чему равна теплоемкость при изотермическом процессе?
В изотермическом процессе постоянна температура, т.е. dT = 0. Следовательно, теплоемкость идеального газа стремится к бесконечности:
4.16 Какие из термодинамических параметров, используемых в данной работе, являются аддитивными?

Аддитивные параметры – объем. При смешение 2-х объемов газа, объем смеси равен сумме объемов исходных газов
4.17 Что такое обратимые процессы?
Обратимый процесс (то есть равновесный) — термодинамический процесс, который может проходить как в прямом, так и в обратном направлении, проходя через одинаковые промежуточные состояния, причем система возвращается в исходное состояние без затрат энергии, и в окружающей среде не остается макроскопических изменений.

Обратимый процесс можно в любой момент заставить протекать в обратном направлении, изменив какую-либо независимую переменную на бесконечно малую величину.



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