Описание экспериментальной установки

    Основными элементами установки (рисунок 7) являются эксикатор, водяной манометр  и медицинский шприц.

    Эксикатор состоит из корпуса 1, крышки 2 и отводной трубки 4. Благодаря масляной прослойке между корпусом и крышкой, достигается хорошая герметичность эксикатора. Он служит сосудом, в который помещается исследуемое сыпучее вещество.

    Стеклянные трубки 5 и 6 манометра соединены между собой резиновым шлангом 7.

 

 

Рисунок 7 – Экспериментальная установка

 

Роль поршня выполняет медицинский шприц 2. Шкала (3) служит для отсчета разности уровней воды в коленах манометра (Δh).

Внимание! Чтобы сохранить масляную прослойку на крышке и корпусе эксикатора, крышка должна быть или на корпусе эксикатора, или на специальной подставке. Ни в коем случае ею нельзя касаться поверхности стола. При помещении сыпучего вещества в эксикатор избегать случайного попадания вещества на масляную прослойку.

^*Для ликвидации воздушных слоев в масляной прослойке при закрывании крышки нужно осторожно сделать несколько сдвигов крышки в разные с стороны в плоскости прослойки.

 

Экспериментальная часть

 

Задание. Измерить плотность сыпучих тел (песка или гравия).

Поместить вспомогательный сосуд без вещества в эксикатор и, не

Закрывая его крышкой герметично (крышка несколько сдвинута

   относительно основного положения), установить одинаковые уровни в  

   коленах манометра. Затем закрыть крышку эксикатора.         

2 Увеличить объем эксикатора, перемещая поршень шприца на 20 мл.

  По шкале манометра измерить разность уровней Δ h_1. Опыт по

  измерению Δh₁ проделать не менее трех раз и среднее значение записать

  в таблицу 5.  

3 Насыпать во вспомогательный сосуд исследуемое вещество,  поместить

вещество в эксикатор и определить разность уровней воды в коленах

манометра Δh₂ таким же образом, как Δ h₁ (п.2).        

  4 По формуле (33) вычислить плотность сыпучего вещества. Значение Р₀

определить по барометру, ρ _в = 1000 кг/м ³.

5 Вычислить относительную и абсолютную погрешности измерения

плотности исследования веществ.

Таблица 5 – Результаты измерений

m0, кг	Δh1, м	Δh2, м	р0, Па	ΔV м3	х, кг/м
			105	2 · 10 -5

 

Контрольные вопросы

 

1 Что представляет собой модель идеального газа, при каких условиях реальный газ можно считать идеальным газом?

2 Сформулировать законы идеального газа (изопроцессы).

3 Записать уравнение состояния идеального газа (уравнение Клайперона – Менделеева) и вывести из него уравнение Больцмана.

4 Что такое плотность вещества?

5 В чем суть предложенного метода определения объема сыпучего или пористого вещества?

 

Литература

1 Грабовский Р. И. Курс физики: учеб. пособие – 2-е изд., стереотип. – СПб.: Лань, 2012. – 608 с.: ил.

2 Трофимова Т. И. Курс физики: учеб. пособие для вузов – 18-е изд., стереотип. – М.: Академия, 2010. – 560 с.

ЛАБОРАТОРНАЯРАБОТА№5

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПУАССОНА ДЛЯ ВОЗДУХА

Цель работы

Экспериментальное определение коэффициента Пуассонаметодом Клемана-Дезорма.

 

 

Теоретическое введение

 

Коэффициентом Пуассона () называется отношение молярной (или удельной) теплоемкости газа при постоянном давлении (С_р) к теплоемкости газа при постоянном объеме (С_V):

 

                                                                       (34)

 

Удельная теплоемкость (С) – это скалярная величина, равная количеству теплоты, необходимому для повышения температуры единицы массы вещества на один градус:

 

                                               (35)

 

Молярная теплоемкость (С^м) – это скалярная величина,равнаяколичеству теплоты, необходимому для повышения на один градус:

 

                ,            (36)

 

где:  - число молей вещества.

 

По формуле первого начала термодинамики:

 

                           ,                 (37)

 

где ΔQ – количество теплоты;

 Δu – изменение внутренней энергии;

 А – работа, совершаемая системой,

можно в рамках молекулярно-кинетической теории идеального газа вычислить теоретически молярные теплоемкости газа при изобарном  и изохорном нагревании газа:

                и  ,         (38)

 

где i-число степеней свободы молекулы газа;

R-универсальная газовая постоянная.

Коэффициент Пуассона можно рассчитать теоретически, подставив (5) в формулу (1):

                                                           (39)

 

Коэффициент Пуассона является одним из параметров, характеризующих адиабатический газовый процесс. Адиабатический процесс – это изменение состояния газовой системы, происходящее без теплообмена с окружающей средой (Δ Q = 0).

Макропараметры газовой системы (V, Р, Т) при адиабатическом процессе связаны между собой уравнениями Пуассона:

 

; ; (40)

 

Из второго уравнения Пуассона следует, что при адиабатическом расширении газа его температура понижается. Это свойство адиабатического процесса используется при экспериментальном определении коэффициента Пуассона методом Клемана – Дезорма.

Адиабатический процесс можно осуществить двумя способами: либо в теплоизолированном сосуде, либо в неизолированном, но очень быстро.