Определение показателя адиабаты методом Клемана и Дезорма

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 13
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ АДИАБАТЫ МЕТОДОМ КЛЕМАНА И ДЕЗОРМА
Выполнил студент гр. _____________
Проверил ________________________
Ф.И.О _________________
дата ___________________
Цель работы: определить показатель адиабаты и сравнить его величину с
теоретическим значением.
Порядок выполнения работы
1. Установить пробку крана К так, чтобы
баллон Б, который находится под столом,
сообщался с насосом Н (в положение I на рис. 1).
2. Осторожно накачать воздух в баллон.
Когда разность уровней жидкости в коленах
манометра достигнет 10 15 см, прекратить
накачивание и повернуть пробку крана К в
положение II, чтобы сосуд не сообщался с
атмосферой. Пробка крана должна плотно
прилегать к его стенкам и не давать утечки воздуха.
Рис. 1
Не забывайте об этом до конца эксперимента.
3. Через некоторое время, когда давление окончательно установится и разность
уровней в манометре перестанет уменьшаться, измерить h1 - разность уровней в левом и
правом коленах манометра.
4. Повернуть пробку крана, давая воздуху в сосуде расшириться наружу. Разность
уровней жидкостей в манометре резко уменьшится двумя, следующими друг за другом
скачками. Как только при втором скачке уровни жидкостей станут одинаковыми, (h=0)
пробку следует немедленно и плотно повернуть в кране К в положение II, закрывая баллон.
5. После того, как баллон будет закрыт пробкой, уровни жидкости в манометре снова
начнут расходиться. Следует подождать, когда давление окончательно установится и
разность уровней в манометре перестанет увеличиваться. Затем записать установившуюся
разность уровней h2 воды в обоих коленах манометра.
6. Опыт повторить не менее N = 9 раз для разных значений начальной величины h1 ,
h1
лежащих в пределах 10 15 см. Для каждого опыта вычислить  i по формуле  
,а
h1  h2
затем определить среднее значение показателя адиабаты    . Все измеренные и
вычисленные величины заносить в таблицу 1.
Таблица 1
h1 , см
h2 , см

 
 =
 теор =
7. Определить погрешность полученного значения показателя адиабаты
1
2
 
(  i   ) , где n  9 – число опытов

n  n  1
8. Записать ответ в виде     ;   ...............  ...............
i2
8. По формуле  теор 
вычислить теоретическое значение показателя адиабаты,
i
считая для водуха i =5, и сравнить полученный результат с    .
Контрольные вопросы
1. Сформулируйте I-е начало термодинамики и запишите его для идеального газа.
2. Какой газ можно считать идеальным? От каких термодинамических параметров
зависит внутренняя энергия идеального газа и что она описывает?
3. Какие величины входят в уравнение состояния идеального газа? Каков его вид?
4. Дайте определение теплоемкости. Чем она отличается от молярной и от удельной
теплоемкостей? Почему для разных процессов величина теплоемкости одной и той же
система различна? Какие величины связывает уравнение Майера и как его получить?
5. Какой процесс называется адиабатическим? политропическим? Докажите, что
изобарический, изотермический и изохорический процессы являются политропическими.
Как на практике осуществить адиабатический процесс с газом?
6. Выведите уравнение Пуассона для адиабатического процесса. Что такое показатель
адиабаты?
7. Идеальный газ расширяется (сжимается) адиабатически (изобарически,
изотермически). Что при этом происходит с давлением, объемом, температурой и
внутренней энергией газа? Они увеличиваются, уменьшаются или
не изменяются?
Нарисуйте примерные графики этих процессов на диаграммах а) Т - р; б) Т - V; в) р - V.
8. Запишите выражение внутренней энергии, теплоемкостей CP , CV и показателя
адиабаты в молекулярно- кинетической теории. Как они зависят от числа степеней свободы i
молекул газа?
9. Какие процессы с воздухом в баллоне Б на рис.3- 2 происходят при выполнении
работы: а) при накачивании воздуха? б) при открывании крана К? в) при его последующем
закрывании? Почему именно эти процессы?
10. Выведите уравнение для определения показателя адиабаты  .
11. Молярные теплоемкости азота в процессах 1  2 и 1  3 равны C 1 и
C 2 соответственно. Их отношение C 1 C 2 равно:
а) 3
в) 5
г) 7
3
7
5
12. Средняя кинетическая энергия молекул газа при температуре Т
зависит от их конфигурации и структуры, что связано с возможностью различных видов
движения атомов в молекуле и самой молекулы. При условии, что имеет место только
поступательное и вращательное движение молекулы как целого, средняя кинетическая
3
1
5
7
энергия молекулы азота  N2  равна ... а) kT б) kT
в) kT
г) kT
2
2
2
2
13. Если не учитывать колебательные движения в линейной трехатомной "молекуле"
газа (см.рис.), то отношение кинетической энергии вращательного движения к полной
3
3
2
2
кинетической энергии молекулы равно ...а)
б)
в)
г)
6
5
5
13
14. Молярная теплоемкость идеального газа при постоянном давлении равна
9
C p  R , где R  8,31 Дж/(кгмоль) – универсальная газовая постоянная. Число
2
вращательных степеней свободы молекулы равно ..
а) 9 б) 1 в) 2 г) 3
5
б) 5
Литература
1. Савельев И.В., Курс общей физики,1973, гл. XI, §94 - 98.
2. Колмаков Ю.Н., Пекар Ю.А., Лежнева Л.С., Термодинамика и молекулярная физика, 1999,
гл. I, § 4 -9.