Лабораторная работа 2.1

Лабораторная работа 2.1

Определение показателя адиабаты
для воздуха методом Клемана-Дезорма

Библиографический список

1.  . Курс физики. – М.: Высшая школа, 1985.

2.  . Курс общей физики. – М.: Наука, 1988. Т. 1.

Цель работы – изучение газовых законов.

Приборы и принадлежности: прибор Клемана-Дезорма

Описание метода измерений
и экспериментальной установки

Величину показателя адиабаты ,
где:

Сp — теплоемкость газа при постоянном давлении,

СV – теплоемкость газа при постоянном объеме,
можно определить с помощью прибора Клемана-Дезорма
(см. рисунок), состоящего из баллона 1 с воздухом, насоса 4 и спиртового манометра 5.

В баллон при закрытом кране 2 накачивается воздух. При накачивании воздух, сжимаемый под поршнем насоса, нагревается, следовательно, необходимо выждать 2 – 3 минуты, пока благодаря теплообмену температура в баллоне не станет равной комнатной. После этого измеряют манометром избыточное давление воздуха p1 (в миллиметрах столба жидкости, налитой в манометр). Давление в баллоне станет равным

где p0 – атмосферное давление; p1 – избыток давления в баллоне над атмосферным давлением p0, измеряемый манометром.

Открывают на короткое время кран 2, чтобы давление в баллоне сравнялось с атмосферным (), после чего закрывают кран.

Пусть масса воздуха после накачивания насосом в сосуде объемом V равна m. При открывании крана часть воздуха выходит. Обозначим массу вышедшего воздуха , тогда как масса оставшегося воздуха .

Масса воздуха , которая заключается в объеме V, занимала перед открытием крана меньший объем V1. Так как процесс кратковременный и заметного теплообмена между газом и стенками нет, то его можно считать адиабатическим. Согласно уравнению Пуассона (для массы газа, равной ) получим

(1)

Вследствие адиабатического расширения газа температура его понизилась, а затем в результате теплообмена температура газа через небольшой промежуток времени станет равной комнатной. При этом давление газа поднимается до величины

.

Начальное и конечное состояние газа наблюдается при одинаковой температуре. Поэтому на основании закона Бойля – Мариотта получим

(2)

Решая уравнения (1) и (2) относительно g, определяем

(3)

Разложим и в ряд Тейлора, ограничившись в этом случае двумя первыми членами:

Подставляя эти значения в формулу (3), находим окончательно

(4)

Порядок выполнения лабораторной работы

1.  Накачивают насосом немного воздуха. При накачивании воздух, сжимаемый под поршнем насоса, нагревается, следовательно, необходимо выждать 2 – 3 минуты, пока благодаря теплообмену температура в баллоне не станет равной комнатной. После этого измеряют манометром и записывают в таблицу избыточное давление воздуха р1 (в миллиметрах столба жидкости, налитой в манометре).

2.  Открывают кран 2 и в тот момент, когда уровни жидкости в обоих коленах манометра 5 сравняются, быстро закрывают кран. Выждав 2 – 3 минуты, пока газ, охлаждаемый при адиабатическом расширении, нагревается до комнатной температуры, измеряют и записывают в таблицу избыточное давление р2. Следует помнить, что р1 и р2 отсчитываются как разность высот жидкости в обоих коленах U-образного манометра.

3.  По формуле (4) вычисляют значение g.

4.  Опыт повторяют не менее 5 раз.

5.  Подсчитывают абсолютную и относительную погрешность g.

Таблица

№ п/п	p1, мм	p2, мм	g		Dg	(Δg)2
1
2
3
4
5
6

Контрольные вопросы

1. Почему теплоёмкости газов зависят от способов и условий нагревания?

2. Почему Сp больше, чем СV?

3. Какой процесс называется адиабатическим?

4. Что происходит с внутренней энергией газа при адиабатическом процессе?

5. Как теоретически рассчитать показатель адиабаты для воздуха?