Проверка объединенного газового закона

Проверка объединенного газового закона

Цель работы: экспериментальная проверка объединенного газового закона.

Приборы и оборудование: прибор для проверки уравнения состояния газа (укороченный манометр на металлической линейке с делениями), стакан химический, термометр химический, барометр, сосуд с горячей водой.

1. Теоретические сведения

Объединенный газовый закон  (объединяет законы Бойля-Ма-риотта, Шарля и Гей-Люссака) формулируется следующим образом:

для данной массы газа произведение объема на давление, деленное на термодинамическую температуру, сохраняет неизменное значение для всех состояний газа:

. 

Данная работа позволяет проверить выполнение этого закона для постоянного количества воздуха, запертого маслом в закрытом колене U-образного манометра.

Погружая манометр в воду разной температуры, можно наблюдать за расширением и сжатием воздуха. Измеряя температуру, вычисляя давление и объем, определяют константу С. Для каждого лабораторного комплекта эти значения будут различными, так как в манометрах содержится разное количество воздуха. Однако, в соответствии с объединенным газовым законом, в пределах лабораторной работы  значения С должны оставаться постоянными.

Для расчета объема воздуха используют формулу:

,  где  V - объем воздуха,

h - высота воздуха в закрытом колене,

d - диаметр трубки манометра.

Для расчета давления воздуха рассматривают состояние масла в манометре. Так как видимого движения масла нет, то состояние системы можно считать равновесным и давления в обоих коленах равны. Допустим, что в открытом колене уровень масла ниже, чем в закрытом.  Тогда справедлива формула:

, 

Где измеряется барометром (1 мм рт. ст. = 133 Па).

 

( – разность уровней масла в коленах манометра).

В ходе работы воздух в закрытом колене будет расширяться, и уровни масла могут поменяться. Тогда расчетная формула примет вид:

, 

2 Вопросы допуска

2.1 Какой газ называют идеальным?

2.2 Чему равна универсальная газовая постоянная в СИ?

2.3 При каких условиях выполняется объединенный газовый закон?

2.4 Сформулируйте и запишите закон Клапейрона - Менделеева.

3 Ход работы

3.1 Измерить величину атмосферного давления по барометру.

3.2 Налить в стакан холодной воды так, чтобы ее уровень был несколько выше закрытого конца манометра. Определить по шкале манометра длину воздушного столба в закрытом колене. Определить разность уровней масла в закрытом и открытом коленах. Измерить температуру воды термометром. (Внимание! Термометр держать на уровне, соответствующем положению воздуха в закрытом колене.)

3.3 Вычислить величину давления воздуха в закрытом колене манометра.

3.4 Вычислить объем V воздуха в закрытом колене манометра. Объем выразить в метрах кубических.

3.5. Данные занести в таблицу.

3.6 Опыт повторить 3 раза, используя воду различной температуры.

3.7 Результаты измерений и полученных вычислений занести в таблицу

Таблица 2.1

№ опыта	Атмосферное давление, Па	Разность давлений масла , Па	Давление воздуха в закрытом  колене , Па	Объем газа V, м3	Температура газа Т, К	Постоянная С, Па·м3  К	Относительная погрешность εi, %
1
2
3

3.8. Вычислить значения С, используя формулу.

3.9 Сравнить вычисленные значения постоянных С1, С2 и С3 и убедиться в справедливости формулы объединенного газового закона. Вычислить среднее значение Сср.

3.10 Найти абсолютную ∆С и относительную ε погрешности для каждого опыта способом оценки результатов измерений по формулам

∆Сi = │Cср - Сi│;   

3.11 Выводы по работе.

4 Контрольные вопросы

4.1 Как определить давление воздуха в закрытом колене манометра, если уровень масла в нем на 2 см выше (ниже), чем в открытом колене?

4.2 Разность уровней в коленах манометра 5 см. Масло в закрытом колене опустилось на 2 см. Чему равна теперь разность уровней масла?

4.3 От чего зависит числовое значение постоянной С?

4.4. Два одинаковых сосуда с газом соединены горизонтальной трубкой, посредине которой находится столбик ртути. В одном сосуде газ находится при 0 0С, в другом – при 20 0С. Сместится ли ртуть в трубке, если оба сосуда нагреть на 100С?