Термодинамические процессы в экспериментальной установке

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Московский государственный открытый университет имени В.С. Черномырдина»

Чебоксарский политехнический институт (филиал)

Кафедра Физики

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1.10

По физике

На тему

Равновесные термодинамические процессы и определение коэффициента Пуассона для воздуха

 

Выполнил:

Студент 1 курса

специальности 220400

«Управление в технических системах»

очного отделения

Замуткин Иван Владимирович

учебный шифр 612216

 

Проверил:

Старший преподаватель Андреев Владимир Александрович

 

 

Чебоксары 2012

 

Цель работы: изучение закономерностей изотермического,

изохорного и адиабатного процессов.

Приборы и принадлежности: Насос Камовского, два крана,

большой стеклянный сосуд, водный манометр, соединительные шланги.

 

Основные термодинамические процессы и теплоемкости

Идеального газа

Термодинамической системой называют совокупность макроскопических тел, которые могут обмениваться энергией между собой и с внешней средой. Состояние термодинамической системы, у которого все параметры состояния (температура, давление, объем, плотность и т.д.) имеют определенные значения, не изменяющиеся с течением времени, называется равновесным. Термодинамическим

процессом называется переход системы из одного состояния в другое. Равновесным (или квазистатическим) термодинамическим процессом называют такое изменение состояния термодинамической системы, при котором она проходит через непрерывную последовательность равновесных состояний. При изменении направления равновесного процесса система будет проходить через те же равновесные состояния (но в обратном порядке). Поэтому равновесные процессы называют также обратимыми. Замкнутым процессом или циклом называют такой процесс, по завершению которого система возвращается в исходное состояние.

Макроскопические параметры, характеризующие равновесное состояние системы такие, как температура T, давление p, объём V и другие, удовлетворяют уравнению состояния. Для идеального газа им является уравнение Клапейрона – Менделеева: pV= RT,

где m – масса газа, M – молярная масса, R – универсальная газовая

постоянная. Выделяют следующие основные равновесные

термодинамические процессы:

1) изохорный процесс – процесс при постоянном объёме (p/T = const);

2) изотермический процесс – процесс при постоянной температуре

(pV = const);

3) изобарный процесс – процесс при постоянном давлении

(V /T = const).

4) адиабатный процесс – процесс происходящий без теплообмена с

окружающей средой.

Уравнение Пуассона в переменных p и V

pV = const.

Внутренняя энергия идеального газа складывается из энергии хаотического поступательного движения молекул и их внутренней энергии, обусловленной вращательным и колебательным движениями составляющих их атомов. По закону равномерного распределения энергии по степеням свободы на одну поступательную и вращательную степень свободы приходится в среднем энергия, равная 1 kT, на колебательную – kT. Тогда для теплоёмкостей газа молекул одного

сорта, состоящего из N молекул, имеем:

 

 

где k – постоянная Больцмана.

При не очень высоких температурах T <5000К колебания атомов в

молекуле маловероятны (говорят, что колебательные степени свободы

молекул заморожены), поэтому

 

Таким образом, показатель адиабаты (коэффициент Пуассона) будет

зависеть только от количества степеней свободы молекул i. Эта

формула, как показывает опыт, хорошо описывает экспериментальные

результаты.

 

Термодинамические процессы в экспериментальной установке

Экспериментальная установка представляет собой систему, состоящую из насоса Камовского 1, стеклянного сосуда 4 с кранами 2, 3 и водяного манометра 5, соединенных между собой резиновыми трубками. Водяной манометр измеряет разность ^p=p-pатм давления в сосуде p и атмосферного давления p атм. Работу

на установке производят следующим образом. Кран 3 из сосуда в

атмосферу перекрывают, кран 2 от насоса 1 открывают и в сосуд 4

накачивают воздух, затем кран 2 закрывают. Через некоторое время

температура в сосуде становится равной температуре окружающей

среды T1, а давление равным p1=pатм.+ ^p1

 

 

На индикаторной диаграмме этому соответствует начальное состояние 1 – точка на изотерме для температуры T = T 1, давление p1 - давление в сосуде после прекращения работы насоса. Затем на некоторое время открывают кран 3 в атмосферу, и воздух начинает адиабатически расширяться (кривая 1-2). Когда

давление в сосуде упадет до атмосферного давления p2=pатм., ^p2= 0

кран 3 закрывают.

 

№
Среднее