Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Національний університет „Львівська політехніка”
Кафедра Фізики
Звіт
з лабораторної роботи № 30
з дисципліни: “Фізика
На тему: “ Визначення відношення теплоємностей Ср/Сv для повітря методом Клемана - Дезорма ”
Мета роботи
Ознайомлення з методом Клемана(Дезорма та визначення СP/CV для повітря.
Прилади та обладнання
Балон, рідинний манометр, мікрокомпресор.
Опис вимірювального пристрою та виведення розрахункової формули
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.
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.
Таблиця результатів вимірювання
№
,мм
,мм
1
230
35
1.18
0.060
2
200
30
1.17
0.058
3
190
30
1.19
0,059
4
150
25
1.20
0,060
5
235
40
1.20
0.060
6
270
50
1.23
0.061
7
210
35
1.20
0,060
8
260
50
1.24
0,062
9
205
35
1.21
0.060
10
250
45
1.22
0.061
Сер.
1.20
0,060
Обчислення фізичних величин за робочими формулами:
:
, , , ,
, , , ,
, , .
Обчислення похибок
, ,
, , ,
, ,
, ,
, ,
, .
Запис кінцевого результату
Висновок
Виконуючи цю лабораторну роботу я ознайомився з методом Клемана(Дезорма та навчився визначати СP/CV для повітря.