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 ГейЛюссака) формулируется следующим образом:
для данной массы газа произведение объема на давление, деленное на термодинамическую
температуру, сохраняет неизменное значение для всех состояний газа:
p1 V1 p 2 V2

 C  const .
T1
T2
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:
𝑉 =𝑆∙ℎ =
𝜋𝑑 2
4
∙ ℎ,
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:
𝑃атм = 𝑃возд + 𝑃масла ,
Где 𝑃атм измеряется барометром (1 мм рт.ст. = 133 Па).
𝑃масла = 𝜌 ∙ 𝑔 ∙ ℎмасла
(ℎмасла – 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:
𝑃атм = 𝑃возд − 𝑃масла ,
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 𝑃атм 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 ℎмасла 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 𝑃возд 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
1
i, %
Относительная
К
погрешность
Па·м3
Постоянная С,
V, м3
Температура газа Т,
К
Объем газа
Давление воздуха в
закрытом колене
𝑃возд, Па
давление 𝑃атм , Па
Разность давлений
масла 𝑃масла , Па
опыта
Атмосферное
№
Таблица 2.1
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  погрешности для каждого опыта способом
оценки результатов измерений по формулам
∆Сi = │Cср - Сi│;
εi 
ΔCi
 100.
C ср
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?