Для определения показателя адиабаты используется установка, изображенная на рис. 1.
Большой стеклянный сосуд соединяется трубкой с открытым U-образным водяным манометром. Кран служит для соединений сосуда с атмосферой. Открыв кран, с помощью насоса осторожно нагнетают в сосуд некоторое количество воздуха. Давление внутри сосуда повышается. Уровень жидкости в правом колене манометра при этом начинает опускаться, а в левом – подниматься. Нагнетают воздух до тех пор, пока разность высот уровней жидкостей в манометре не достигает 5–10 см. Повышение давления воздуха в сосуде приводит к повышению температуры. Поэтому, прежде чем записать возникающую разность уровней жидкости манометра h 1 (рис.1, а) в таблицу измерений, ожидают некоторое время (1-2 мин), пока температура воздуха в сосуде не сравняется с
 |
комнатной (уровни жидкости в обоих коленах манометра перестанут изменяться).
а) б)
рис. 1
Затем необходимо вынуть из гнезда кран и, как только правый и левый уровни манометра сравняются (через 1-2 с), быстро вставить кран в гнездо в закрытом положении. Давление в сосуде сравняется с атмосферным давлением. Процесс выпуска воздуха (его расширение) является адиабатическим процессом, так как теплообмен с окружающей средой произойти не успевает. Процесс расширения воздуха совершается за счет его внутренней энергии, и температура воздуха в сосуде станет ниже комнатной. Необходимо подождать некоторое время (2-3 мин), в течение которого воздух будет изохорически нагреваться до комнатной температуры. После чего по манометру можно будет отметить новую разность высот h 2 (рис.1, б).
Введем обозначения для характеристики состояний воздуха в сосуде:
I состояние – p 1, V 1, Т 1
(после накачки, до открытия крана);
II состояние – p 2, V 2, Т 2,
(после адиабатического расширения воздуха, в момент открытия крана);
III состояние – p 3, V 2, Т 1
(после изохорного выравнивания температур в сосуде и комнате, после закрытия крана) (рис. 2).
Причем Т 1 – комнатная температура: Т 1> Т 2 и p 2 – атмосферное давление: p 2< p 1.
Запишем уравнения перехода состояний.
Переход из состояния І в состояние ІІ – адиабатический процесс (подчиняется уравнению Пуассона): 
(13)
Состояния І и ІІІ имеют одинаковую (комнатную) температуру Т1 (изотермический процесс), поэтому их можно связать законом Бойля-Мариотта:
(14)
Возведем уравнение (14) в степень g и разделим на уравнение (13).
или 
Откуда 
Логарифмируя последнее выражение, находим:
. (15)
Выразим давления р1 и р3 через атмосферное давление р2:
и 
,
где d – удельный вес жидкости в манометре.
Подставив значения р1 и р3 в уравнение (15), получим:
,
,
Так как 
, 
(разлагаем логарифмы в ряд и пренебрегаем членами второго порядка), то это дает расчетную формулу:
. (16)
Формула (16) является расчетной при определении значения показателя адиабаты (коэффициента Пуассона) g= 
. Необходимо знать избыточное (над атмосферным) давление в баллоне до адиабатического расширения газа и его избыточное давление после изохорного нагревания.
Следует подчеркнуть, что обе величины должны измеряться в состоянии термодинамического равновесия, то есть после прекращения теплообмена.