Для определения отношения теплоёмкостей воздуха g = C P/ C V используется экспериментальная установка ФПТ1-6, общий вид которой показан на рис. 3.
Установка состоит из стеклянной колбы, соединённой с открытым вертикальным водяным манометром 2. Воздух нагнетается в колбу микрокомпрессором, который размещён в блоке рабочего элемента 1. Микрокомпрессор включается тумблером «Воздух», расположенным на передней панели блока рабочего элемента. Пневмотумблер «Атмосфера», расположенный на передней панели блока рабочего элемента, в положении «Открыто» позволяет соединять колбу с атмосферой.
 |
Рис. 3.
Порядок выполнения работы:
1. Включите установку тумблером «Сеть».
2. Установите пневмотумблер «Атмосфера» в положение «Закрыто». Для подачи воздуха в колбу включите тумблер «Воздух».
3. По изменению уровней воды в коленах манометра контролируйте давление в колбе. Когда разность уровней воды в манометре достигнет значения D h 1 = 150 ¸ 250 мм (высота левого колена манометра не более +190 мм), отключите тумблер «Воздух».
4. Подождите две - три минуты, пока температура воздуха в колбе Т 1 сравняется с температурой окружающего воздуха Т А. При этом в колбе установится постоянное давление P 1 = P А + r g D h 1. Определите разность уровней D h 1, окончательно установившуюся в коленах манометра, и внесите её значение в таблицу 1.
5. На короткое время соедините колбу с атмосферой, установив пневмотумблер «Атмосфера» в положении «Открыто». Как только уровни воды в коленах манометра сравняются, возвратите пневмотумблер «Атмосфера» в положение «Закрыто».
6. Через две - три минуты, когда в колбе установится постоянное давление P 3 = P А + r g D h 2, определите разность уровней D h 2, установившуюся в коленах манометра, и внесите её в таблицу 1.
Таблица 1
| Измеряемые и расчётные величины | Номер опыта | |||||||||
| D h 1 | ||||||||||
| D h 2 | ||||||||||
| D h 1- D h 2 | ||||||||||
| g |
7. Повторите измерения по пп. 2 ¸ 6 не менее 10 раз при различных значениях величины D h 1.
По окончании работы выключите установку тумблером «Сеть».
Обработка результатов измерений
1. Вычислите g по формуле (7) и внесите их значения п последнюю строку таблицы 1..
2. Вычислите <g> как среднее арифметическое для всех полученных значений g i по формуле:
<g> = 
.
3. Вычислите величину среднего квадратичного отклонения S по формуле:
S = 
,
где n - число измерений.
4. Найдите абсолютную погрешность измерений:
Δγ = a S,
где a - коэффициент Стьюдента, определяемой по таблице, приведённой в работе [4] и на информационном стенде лаборатории.
Доверительная вероятность задается преподавателем.
Результат запишите в виде:
g = <g> ± Δγ.
5. Оцените относительную погрешность полученного значения g по формуле:
δg = (Δγ /<g>)·100%.
Полученное значение <g> сравните с теоретическим значением, вычисленным по формуле (3), рассматривая воздух как двухатомный газ.
Контрольные вопросы
1. Какой процесс изменения состояния газа называется изотермическим, изобарическим, изохорическим и адиабатическим? Нарисуйте графики этих процессов.
2. Сформулируйте первый закон термодинамики. Запишите этот закон для изотермического, изобарического, изохорического и адиабатического процессов.
3. Дайте определение удельной и молярной теплоемкостей. В каких единицах СИ они измеряются?
4. Приведите формулы расчёта молярных теплоёмкостей С V и С P 1-, 2-, 3- и многоатомного идеальных газов.
5. Что называется числом степеней свободы молекулы и чему оно равно для 1-, 2-, 3- и многоатомного идеальных газов?
6. Рассчитайте теоретическое значение g для 1-, 2-, 3- атомного газа.
7. В чем заключается метод Клемана и Дезорма для определения отношения С P/ С V?
8. Опишите рабочий цикл и изменения состояния воздуха по диаграмме P - V, приведённой на рис. 2.
9. Как изменяется температура газа при адиабатическом расширении и адиабатическом сжатии и почему?
Список литературы
1. Савельев И.В. Курс общей физики в 3-х тт. Т. 1. Механика. Молекулярная физика. – М.: Астрель АСТ, 2007. – 352 с.
2. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики. – М.: Изд-во «Академия», 2003. – 720 с.
3. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 2004. – 544 с.
4. Селезнёв В.А., Тимофеев Ю.П. Методические указания к вводному занятию в лабораториях кафедры физики. – М.: МИИТ, 2006. – 30 с.
Учебно-методическое издание
Лагидзе Раули Михайлович
Харитонов Юрий Николаевич
Куюмчян Аарон Максимович
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ ТЕПЛОЁМКОСТЕЙ
ВОЗДУХА ПРИ ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ И ОБЪЁМЕ
Методические указания к лабораторной работе №144
под редакцией профессора В.И. Марченко
Подписано к печати Заказ № Формат 60 × 84 × 21/16
Усл.-печ. л. Изд. № 179-11 Тираж 300 экз.
127994, Москва, ул. Образцова д. 9, стр. 9.
Типография МИИТа