Определение универсальной газовой постоянной

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Определить универсальную газовую постоянную методом откачки. Сравнить результаты измерений с табличным значением.

2. ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ. Стеклянная колба, манометр, насос Комовского, весы.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Состояние любого газа определяется следующими параметрами: объемом V, давлением P и абсолютной температурой T. Уравнение, связывающее их, называется уравнением состояния. Для любой массы m идеального газа уравнение состояния Менделеева-Клапейрона имеет вид:

, (1)

где – молярная масса газа; – постоянная величина, одинаковая для всех газов, поэтому названа универсальной газовой постоянной. Можно ли определить значение универсальной газовой постоянной из уравнения (1)? Если параметры P, V и T легко измеряются, молярная масса для различных газов известна, то определить массу газа в сосуде непросто. Но легко измерить изменение массы газа в сосуде. Записав (1) для масс и одного и того же газа при неизменной температуре и объеме и вычтя из одного другое, получим выражение для газовой постоянной:

. (2)

Если определить давление и температуру T для некоторой массы , заключенной в сосуде объемом V, а затем изменить массу того же газа в сосуде до , например, путем откачки, и вновь определить давление при той же температуре, то по (2) можно легко рассчитать универсальную газовую постоянную.

Установка для определения универсальной газовой постоянной (рис.1) состоит из стеклянной колбы с краном . Кран резиновой трубкой соединяется с манометром , который через кран соединяется с насосом Комовского.

K2 M

 

K1

 

A

К насосу

Рис.1.

Взвесив колбу с открытым краном , можно определить сумму масс , где - масса колбы, - масса находящегося в ней воздуха при атмосферном давлении и комнатной температуре Т.

Откачав воздух из колбы насосом, закрыв кран , взвесив колбу после откачки, определяют массу , где - масса воздуха в колбе при давлении , которое измеряется манометром.

Теперь, используя уравнение (2), можно определить универсальную газовую постоянную:

, (3)

где V =1,3 литра – объем колбы, - молярная масса воздуха.

 

РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

4.1. По барометру определить атмосферное давление , измерить температуру Т воздуха в колбе (равна температуре воздуха в лаборатории). Не забывайте, что комнатный термометр измеряет температуру воздуха по шкале Цельсия, а Т – температура по шкале Кельвина (Т = t +273 К). Результаты измерений и инструментальные ошибки записать в таблицу 1.

4.2. Открыть кран и взвешиванием определить массу колбы с воздухом.

4.3. Снять колбу с весов, соединить колбу с манометром и, открыв кран , откачать воздух, вращая ручку насоса Комовского по часовой стрелке.

4.4. Закрыть кран и манометром измерить давление .

4.5. Закрыть кран и взвешиванием колбы с оставшимся воздухом определить массу . Результаты измерений и инструментальные ошибки записать в таблицу 1.

4.6. По формуле (3) рассчитать универсальную газовую постоянную R, определить погрешность Δ R косвенного измерения.

Таблица 1.

p 1	p 2	∆p	T	∆T			∆m	V	∆V	M	∆M
атм	атм	атм	К	К	г	г	г	л	л	г/моль	г/моль

 

ВЫВОД

Указать, каким методом была определена универсальная газовая постоянная R. Записать в стандартном виде измеренное значение R э и табличное значение R т. Сравнить измеренное значение универсальной газовой постоянной с табличным значением. Сделать вывод.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

6.1.Что такое моль вещества?

6.2. Какой газ называется идеальным?

6.3. Запишите уравнение Менделеева-Клайперона для 1 моля газа.

6.4.Почему газовая постоянная называется универсальной?

6.5. Поясните схему установки и метод измерения универсальной газовой постоянной.

6.6. Как в работе определяют давление в откачанной колбе?

6.7. Как в работе определяют температуру T воздуха в колбе?

6.8. Выразите давление p ₁ в атмосферах_, миллиметрах ртутного столба (мм.рт.ст.), Паскалях.

6.9. Чему равна размерность универсальной газовой постоянной в СИ?

6.10. Выведите формулу для расчета погрешности Δ R косвенного измерения.

 

Лабораторная работа №6