1. Из бюретки каплями выпустить намеченный объем жидкости (3 – 4 см3),считая число капель в этом объеме. Кран следует повернуть так, чтобы капли вытекали достаточно медленно и их можно было точно сосчитать. Опыт повторить 5 – 6 раз (при неизменном объеме V вытекающей жидкости).
2. Плотность жидкости в зависимости от температуры найти по таблице справочника.
3. Диаметр D шейки капли перед моментом отрыва определить несколько раз с помощью микроскопа и вычислить среднее значение. Определить погрешность диаметра.
4. Пользуясь средними значениями числа капель n (при взятом объеме V) и диаметра D шейки капли перед отрывом, вычислить среднее значение коэффициента поверхностного натяжения по формуле (4) и абсолютную погрешность
.
5. Окончательный результат записать в виде
Контрольные вопросы
1. От каких факторов зависит коэффициент поверхностного натяжения и почему при температуре, приближающейся к критическому состоянию?
2. Получите расчетные формулы для определения коэффициента поверхностного натяжения методом отрыва кольца и методом отрыва капель.
3. Получите формулу абсолютной погрешности определения коэффициента поверхностного натяжения .
Список рекомендуемой литературы
1. Савельев И.В. Курс общей физики: В 3 т. Т. 1. – M.: Наука, 1987. – 352 с.
2. Методические указания к лабораторным работам по физике: Молекулярная физика/ Под ред. Н.Г. Конопасова; Владим. политехн. ин-т. –Владимир, 1983. – 52 с.
Лабораторная работа № 2-7
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ АДИАБАТЫВОЗДУХА МЕТОДОМ КЛЕМАНА - ДЕЗОРМА
Цель работы: ознакомление с методом измерения показателя адиабаты для воздуха при адиабатическом процессе расширения и последующем изохорическом нагревании.
Оборудование: установка, состоящая из стеклянного баллона с кранами, манометра и осушительного фильтра с порошком хлористого кальция, насоса и секундомера.
Введение
Адиабатическим называется такой процесс, который протекает без теплообмена с окружающей средой. Быстропротекающие процессы можно считать адиабатическими, если за время протекания процесса теплообменом рабочего объема с окружающей средой можно пренебречь.
Адиабатический процесс в газе описывается уравнением Пуассона
где P 1 ,V 1 – первоначальные давление и объем газа;
P 2 ,V 2 – давление и объем газа после адиабатического процесса;
– показатель адиабаты.
Адиабатический процесс на диаграмме P–V изображается кривой , называемой адиабатой. Показатель адиабаты равен отношению теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме
Теплоемкостью тела называется отношение элементарного количества тепла , полученного телом, к соответствующему приращению dT его температуры
Если масса тела равна единице массы, то теплоемкость называют удельной. Теплоемкость одного моля вещества называют молярной. Для газов теплоемкость (как удельная, так и молярная) при постоянном давлении больше теплоемкости при постоянном объеме CP > CV, так как при нагревании газа при постоянном давлении (изобарический процесс) подведенное к газу тепло идет на увеличение его внутренней энергии (а следовательно, и температуры) и на совершение газом работы расширения для поддержания постоянного давления. Например, если газ заключен в сосуд с подвижным поршнем, обеспечивающим постоянное давление, то, нагреваясь, он расширяется и поднимает поршень, совершая, таким образом, работу против внешних сил. При нагревании при постоянном объеме (изохорический процесс) все тепло, подведенное к газу, идет на увеличение только его внутренней энергии.
Описание установки
Экспериментальная установка изображена на рис. 1. В стеклянный тонкостенный сосуд А накачивается воздух до некоторого давления P 1, превышающего атмосферное , где Р 0 – атмосферное давление; h 1, – избыток давления сверх атмосферного (измеряется водяным манометром М).
Когда воздух в баллоне примет температуру окружающего воздуха T 1, быстро ( с) открывается клапан К и воздух выпускается наружу до тех пор, пока давление в баллоне не станет равным атмосферному (P 2 =P 0).
Выход воздуха происходит быстро, и, пренебрегая в первом приближении передачей тепла через стенки баллона, процесс расширения воздуха в баллоне можно считать адиабатическим. При этом расширяющийся воздух совершает работу против внешних сил – внешнего атмосферного давления.
Следовательно, температура воздуха в баллоне понижена (до температуры T 2).
После закрытия клапана К давление внутри сосуда начнет возрастать, так как охладившийся при расширении воздух снова нагревается, получая тепло из окружающей среды. Возрастание давления прекратится, когда температура воздуха сравняется с внешней температурой T 1. Окончательное давление
,
где h 2 – разность уровней манометра. Происходящие в сосуде процессы представлены на PV – диаграмме на рис. 2. Температура воздуха в состояниях 1 и 3 одинакова. Согласно закону Бойля – Мариотта
V 1(P 0 + h 1) = V 2(P 0 + h 2)
или
. (1)
В процессе 1-2 произошло адиабатическое расширение газа. Согласно уравнению Пуассона, получим
;
. (2)
Из (1) и (2) следует
Логарифмирование дает
Так как давления P 0; P 0 +h 1и P 0 +h 2 незначительно отличаются друг от друга, то в первом приближении логарифмы величин можно заменить их величинами, т.е. искомое значение
. (3)
Для вычисления по формуле (3) нужно измерить добавочные (относительно атмосферного) давления воздуха в баллоне в 1-м и 3-м состояниях.