ИЗУЧЕНИЕ ИЗОПРОЦЕССОВ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА.
Цель работы: экспериментальное изучение адиабатного, изохорного, и изотермического
процессов.
ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ЗАДАЧИ.
Пусть имеются два сосуда равного объема V1=V2. В одном из сосудов находится воздух при давлении Р1 и температуре Т1; во втором - вакуум. При сообщении сосудов возможны два предельных случая: адиабатное и изотермическое расширение в пустоту. Рассмотрим первый случай: адиабатное расширение. T.к. идеальную теплоизоляцию сделать невозможно, то процесс расширения должен быть проведен гораздо быстрее, чем происходит выравнивание температуры расширяющегося воздуха с температурой окружающей среды.
В соответствии с уравнением Пуассона (адиабаты) начальное состояние с параметрами Р1,V1 и конечное состояние с параметрами P2, V2 связаны отношением
или 
Отсюда отношение теплоемкостей
(1)
Из уравнения адиабаты в переменных V и T можно рассчитать конечную температуру
(2)
Кроме того можно найти работу адиабатного расширения газа
(3)
которая равна изменению внутренней энергии газа
(4)
изобразим процесс на диаграмме P, V кривой 1-2
В конце адиабатного расширения давление Р2 будет меньше половины начального давления Р1, однако, если выждать несколько минут, то вследствие изохорного нагревания от стенок сосудов и окружающего воздуха давление станет равным Р3 (процесс 2-3)
,отсюда
(5)
Изменение внутренней энергии в этом случае равно количеству полученной теплоты
Рассмотрим второй предельный случай: изотермическое расширение.
Изотермическое расширение должно быть настолько медленным, чтобы в процессе расширения температура расширяющегося воздуха успевала выравниваться с комнатной.
Из уравнения изотермы (процесс 1-3)
(6)
Работа изотермического расширения равна количеству полученной теплоты
(7)
Разность работ изотермического и адиабатного расширений равна изменению внутренней энергии воздуха при изохорном нагревании.
(9)
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
Эксперимент выполняется на установке, состоящей из двух сосудов 1 и 2, двух запорных кранов с большим К1 и малым К2 отверстиями,манометра 3, вакуумного насоса 4 с манометром и краном К3.
Упражнение 1. Изучение адиабатного и изохорного процессов.
1. Убедиться, что манометр 3 показывает давление равное 1 атм.
2. Закрыть краны К1 и К2 и поставить кран К3 в положение “насос”.
3. Включить насос 4 и откачать воздух из сосуда 2 до давления равного нулю по показанию манометра насоса.
4. Закрыть кран К3 и выключить насос.
5. Убедиться, что давление в сосуде 1 не изменилось (отсутствует утечка воздуха).
6. Быстро открыть кран K1 и записать значение давления Р2 в конце расширения (Р2 - наименьшее давление, измеряется через 1 - 2 сек. после открытия крана К1).
7. Подождать несколько минут (5..7), пока показания манометра не стабилизируются. Записать конечное давление изохорного нагревания Р3.
8. Поставить кран К3 в положение “атмосфера”. Показания манометра должны стать равными Р1= 1 атм. (Сделать временный интервал 5..7 мин.).
Упражнение 2. Изучение изотермического процесса.
1. Выполнить пункты 1, 2, 3, 4, 5 первого упражнения.
2. Открыть кран К2 и записывать показания манометра через 1 мин. до стабилизации давления, которое будет равно 
.
ОТЧЕТ ДОЛЖЕН СОДЕРЖАТЬ.
1. Название и цель работы.
2. Приборы и их характеристики.
3. Расчетные формулы 1, 2, 3, 7, 8, 9.
4. Результаты измерений.
5. Результаты расчетов по формулам 1, 2, 3, 7, 8, 9.
6. Выводы: справедливо ли, что 
?
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
1. Каковы по длительности должны быть процессы 1 - 2 и 1 - 3 и почему?
2. Почему при адиабатном расширении газа конечное давление меньше, чем при изотермическом?
3. Охарактеризовать изменение внутренней энергии, температуры, давления, объема в
изопроцессах идеального газа.
4. За счет чего совершается работа в различных изопроцессах?
ЛИТЕРАТУРА.
1. Трофимова Т.И. “Курс физики”, 1985, с. 80 - 86, 90 - 92.
2. Яворский Б.М. Детлаф А.А. “ Справочник по физике”, 1985, с. 86 - 101.