методичка Васиной

Лабораторная работа №147
«Определение универсальной газовой постоянной»
Цель работы: ознакомление с методом измерения универсальной газовой постоянной.
Введение
Молекулярная физика и термодинамика изучают макроскопические процессы, связанные с огромным числом молекул и атомов в теле. Молекулярно- кинетическая теория объясняет свойства системы как суммарный результат действия молекул.
Всякая система тел может находиться в различных состояниях, которые характеризуются величинами,
называемыми параметрами состояния. К ним относят температуру Т, давление р, объем V и т.д.
Выражение f ( р, V, Т) = 0 называют уравнением состояния.
Изменение одного из этих параметров ведет к изменению двух других.
Давление р – скалярная величина, характеризующая напряженное состояние сплошной среды. Это основной макроскопический параметр состояния газа и жидкости. В термодинамике давление определяет элементарную работу dA = p dV, совершаемую системой при медленном изменении ее объема, вызываемым перемещением внешних тел. Единица измерения давления в системе СИ – 1 Паскаль, 1 Па = 1 Н/ м2
Для измерения давления используют манометры, барометры, различные электрические датчики.
Температура Т – физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. Это единственный термодинамический параметр, который одинаков для всех частей изолированной системы. Находящейся в состоянии термодинамического равновесия. В отличии от других физических величин (длина, время и др.) для измерения температуры нельзя ввести какой-либо эталон. Измерение температуры осуществляется на основе уравнений состояния, связывающих ее с другими параметрами: объемом, давлением и другими. Такая связь используется в термометрах. В качестве термометрического тела в них используются спирт, ртуть и др. Изменение температуры регистрируется по изменениям объема, давления или электрического сопротивления термометрического тела. Единица измерения термодинамической температуры в системе СИ – 1 Кельвин, 1К.
Объем V – физическая величина, параметр состояния. Единица измерения в системе СИ – 1 м3
Метод измерения и описание аппаратуры.
Используя уравнение состояния идеального газа Менделеева – Клайперона

p V = m R T /
· (1)

запишем R =
· p V / m T , (2)
где р – давление газа, Па;
V – объем, м3;
Т – температура газа, К;
m – масса газа, кг;

· - молярная масса газа, кг / моль
В качестве исследуемого газа используем воздух. Рассмотрим изменение состояния при изменении давления. Пусть в колбе объемом V находится газ массой m1 при давлении р1 и температуре Т. Уравнение состояния для этого газа имеет вид:

р1 V = m1 R T /
· (3)

Откачаем часть газа из колбы при постоянной температуре Т. Давление в колбе уменьшилось. Для этого состояния:

p2 V = m2 R T /
· (;)

Температура и объем остаются постоянными. В этом случае получаем:



· ( p1 – p2 ) V
R = ----------------------- ; (5)
( m1 – m2) T

где р1, р2 – начальное и конечное давление воздуха;
m1, m2 - масса воздуха при соответствующих р1 и р2.

Схема установки.

электронные весы;
колба с газом;
вакуумметр;
компрессор;
кран;
соединительные трубки.



Стеклянная колба 2, наполненная газом, установлена на электронных весах 1. Она соединена с вакуумметром 3 и компрессором 4 с помощью соединительных трубок 6. Компрессор служит для подачи воздуха в колбу. Показание вакуумметра Р соответствует разности между атмосферным давлением Р и давлением в колбе Р .

Порядок выполнения работы.

Подать напряжение питания на электронные весы, включив установку тумблером «Сеть».
С помощью электронных весов определить массу колбы с воздухом ( mo + m 1 ) при давлении Р1 .
Включив компрессор тумблером «Пуск», и , открыв кран, откачать воздух из колбы до давления р2, после чего, закрыв кран и выключив компрессор, определить с помощью весов массу колбы с воздухом ( m 0 + m2 ) при давлении р2. полученные результаты занести в таблицу 1.
Повторить измерения по пп.2-3 не менее 5 раз.
Измерить температуру воздуха в лаборатории.
Выключить установку тумблером «Сеть».

Таблица 1.


п.п
mo +m1
кг
mo+m2
кг
m1- m2
кг

р1
Па
р2
Па
р1-р2
Па
Т
К
R

1
.
5










Обработка результатов измерений.

Для каждого проведенного измерения определить массу откачанного воздуха (m1 – m2) и разность давлений (р1-р2).
По формуле (5) вычислить для каждого измерения значение универсальной газовой постоянной R.
Рассчитать среднее значение R.

Контрольные вопросы.

1.Дать определение термодинамической системы.
2.Запишите и объясните уравнение Менделеева- Клайперона.
3.Дать определение параметров состояния.
4.Записать основные газовые законы и их графики.

ЛИТЕРАТУРА

Трофимова Т.К. Курс физики. М., 2000.

13PAGE 15


13PAGE 14715



1

5

2

3

4

6



Заголовок 1 Заголовок 215

Приложенные файлы

  • doc 15663122
    Размер файла: 4 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий