В. А РАЧКОВ, Э. В. ХАН

РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

ПО ПРОВЕРКЕ ЗАКОНА ШАРЛЯ

Лабораторные работы (ЛР) по изопроцессам (законы Гей-Люсска, Бойля-Мориотта и Шарля) занимают важное место в процесс изучения молекулярной физики. Следует указать, что для постановки ЛР по проверке закона Гей-Люсска вполне может быть использован вариант, предложенный в работе [1].

Постановка ЛР по закону Бойля-Мариотта описана в работах [2,3]. Постановка же ЛР по проверке закона Шарля потребовались специальные исследования, что и приведено в настоящей работе.

Установка для проведения ЛР показана на рис. 1, где 1 – колба, 2 – ёмкость с водой, 3 – штатив для установки термометра и закрепления колбы до полного погружения в воду, 4 – термометр, 5 – резиновая трубка, 6 – жидкостной манометр.

Рис. 1

Закон Шарля – описывает изохорный процесс. Исходя из уравнения Менделеева-Клайперона, следует, что при T=const отношение p/T=const, так как , т. е. зависимость является линейной, причём угол наклона прямой графика определяет множитель . Приняв во внимание то, что и закон Шарля можно записать в виде: .

Проверка закона Шарля, заключается в проверке линейности зависимости .

Ввиду чувствительности жидкостного манометра, необходимо работать в малом интервале температур – от 20о до 37о С. В противном случае произойдёт выброс воды из манометра или поступление воды в трубку. Малый интервал температур, требует применять чувствительный термометр.

Следует отметить, что в установке объём не является постоянным (в силу применяемого манометра), однако легко показать, что отношение изменения объёма к объёму колбы мало и им можно пренебречь. Внутренний радиус трубки манометра r = 3мм, максимально возможная разница уровней H = 0.3 м, объём колбы V = 0.326 л., максимальное изменение объёма:

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

или

Таким образом, отклонение не превышает 3%, что для школьного эксперимента вполне допустимо.

Ход работы

1. Собрать установку, как показано на рис. 1. Во время работы воздух не должен истекать из колбы!

2. В ёмкость налить тёплую воду при температуре 35-37о С. Выждать 2-3 мин. В целях выравнивания температур.

3. За время остывания воды в ёмкости до комнатной температуры, снять значения температуры to C и разности уровней воды в манометре h. Всего необходимо снять порядка 10 значений.

4. Результаты занести в таблицу 1.

5. По результатам измерений, представленных в таблице 1, построить график (рис. 2) зависимости (). Рекомендуется положительные h откладывать выше нулевой отметки, а отрицательные h откладывать ниже нулевой отметки.

6. Рассматривая график определить, является ли он линейным.

7. Убедиться в линейности зависимости .

Контрольные вопросы к работе:

1.  Сформулируйте закон Менделеева-Клайперона.

2.  Какой процесс называется изохорическим? Где в природе и технике его можно наблюдать?

3.  Сформулируйте закон Шарля. Для какого газа он справедлив?

4.  Как выглядят графики изохорических процессов для разных масс одного и того же газа? Объясните различие.

Апробация работы

Использовалась колба объёмом V = 326 мл., термометр с минимальной ценой деления 0.5о С и стандартный школьный жидкостной манометр.

Таблица результатов:

№ замера

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

t (оС)

26,5

27,5

28

28,5

29

29,2

29,5

30

30,7

31,2

32,4

33,5

34

34,5

35,5

h (см)

-8,5

-4

-1

0,3

1,5

2,5

4,3

8,3

10,5

13,4

18,3

24

27

29

33,2

Рис. 2

Рассмотренная ЛР может быть полезна не только в общеобразовательных учреждениях, но и в ВУЗах и других учебных заведениях.

____________________

1.  , , «Физика 10» - учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений. Москва. «Просвещение». 2001;

2.  , «Постановка и модернизация лабораторной работы на закон Бойля-Мариотта». «Инновационные тенденции в системе высшего и среднего образования». Материалы Второй международной научно-методической конференции. Часть 2 (К-Я).

3.  «Физика 11» - учебник для 11 класса общеобразовательных учреждений. Москва. «Просвещение» .2001.