Міністерство освіти і науки України Національний університет «Львівська політехніка» Кафедра фізики
ЗВІТ про виконання лабораторної роботи №30 Тема: ВИЗНАЧЕННЯ ВІДНОШЕННЯ ТЕПЛОЄМНОСТЕЙ СP/CV ДЛЯ ПОВІТРЯ МЕТОДОМ КЛЕМАНА – ДЕЗОРМА Львів – 2008 Мета роботи: Ознайомлення з методом Клемана(Дезорма та визначення СP/CV для повітря. Прилади та обладнання: Балон, рідинний манометр, мікрокомпресор. Опис вимірювального пристрою: Відношення СP/CV можна визначити багатьма експериментальними методами, зокрема з допомогою приладу Клемана – Дезорма, що складається з: скляного балона Б, закритого корком К; рідинного манометра М, під’єднаного до балона Б; мікрокомпресора Мк, який сполучається з балоном краном Кр. Досліджуваним газом є повітря. Перший закон термодинаміки: Кількість теплоти Q, яка надається системі, витрачається на збільшення внутрішньої енергії системи (U і на виконання роботи А проти зовнішніх сил. Теплоємністю тіла називається фізична величина, яка чисельно дорівнює кількості теплоти, яку потрібно надати тілу, щоби нагріти його на один кельвін. Молярна теплоємність – це теплоємність одного моля речовини. Позначається великою літерою С. На початку досліду газ знаходиться у балоні при атмосферному тиску po і кімнатній температурі Т1, а під час експерименту послідовно проходить через 3 стани (рис.2): Стан 1. Система перейде у стан 1, якщо при закритому корку К і відкритому крані Кр у балон мікрокомпресором нагнітати повітря до тиску p1 = po +
gh1 (1) Надлишковий над атмосферним тиск
gh1 визначають у міліметрах водяного стовпа (h1 – виміряна в мм різниця рівнів води у колінах манометра). Стан 2. Якщо повністю відкрити корок К, повітря з балону буде швидко розширюватися в атмосферу до вирівнювання тиску у балоні з атмосферним. Цей процес можна приблизно вважа- ти адіабатним, він супроводжується охолодженням повітря до температури Т2( Т1. Газ, що залишився у балоні займав до розширення деяку частину об’єму балона V1 ( VБ, після розширення його об’єм дорівнює VБ. Перехід газу із стану 1 в стан 2 ілюструє крива 1–2 (адіабата). Стан 3. Якщо закрити балон, газ у ньому внаслідок теплообміну буде ізохорно нагріватися до кімнатної температури Т1, при цьому тиск зросте до значення p2 = po +
gh2 . (2) Перехід газу із стану 2 в стан 3 ілюструє крива 2–3 (ізохора). Зауважимо, що стани 1 і 3 відповідають одній температурі Т, отже і одній ізотермі (крива 1–3), тому згідно з законом Бойля-Маріотта: p1V1 = p2VБ (3) Адіабатне розширеня 1–2 опишемо рівнянням Пуассона:
(4) Поділимо рівняння (3) у степені γ на рівняння (4)
, (5) звідки випливає:
(6) Пролоґарифмувавши (6), знайдемо γ γ
(7) Перетворимо знаменник (7), додавши і віднявши lnp0, а також підставимо значення p1 і p2 з формул (1), (2): γ
(8) Атмосферний тиск po ((
gh1;
gh2, отже

(( 1;

(( 1, тому, використовуючи наближення ln(1+x) ( x, з (8) будемо мати: γ
, або γ
(9) Отже, для знаходження γ треба експериментально визначити h1 та h2. Послідовність виконання роботи: У закритий корком К балон Б при відкритому крані Кр нагнітають повітря мікрокомпресором Мк до створення різниці рівнів води у манометрі не менше 150 – 200 мм . Закрити кран Кр. Внаслідок стиску температура повітря у балоні дещо підвищиться, тому необхідно почекати 2 – 3 хв., поки темпе-ратура зрівняється з кімнатною і різниця рівнів води у манометрі перестане змінюватися. Записати h1 у таблицю. Відкрити корок К і швидко закрити його після припинення харак – терного шипіння стисненого повітря, що розширюється в атмосфе –ру. При цьому тиск у балоні зрівняється з атмосферним, рівні води у манометрі стануть однаковими, а температура газу знизиться. Почекати декілька хвилин, поки повітря у балоні нагріється до кім–натної температури; тиск повітря при цьому зросте. Після встанов–лення постійної різниці рівнів води у манометрі записати h2. За формулою (9) обчислити γ . Дії, зазначені у пунктах 1-5, повторити 10 разів. Визначити похибки вимірювань. Фізичні величини, які вимірюються прямим способом: Різниця рівнів води у манометрі. № h1, мм h2, мм γ ∆γ,10-3 δγ  1 143 22 1,18 0,0698  2 146 23 1,19 0,0684  3 174 32 1,22 0,0574  4 167 26 1,84 0,0598  5 147 25 1,20 0,068  6 179 33 1,22 0,0558  7 200 36 1,22 0,05  сер   1,202 0,0613 5,1%   б γ =
Висновок: Протягом виконання цієї лабораторної роботи я навчилась розраховувати похибки пристроїв вимірювання, визначила відношення теплоємностей СP/CV для повітря, ознайомилась з приладом Клемана-Дезорма.