Экспериментальная установка. Для определения отношения теплоёмкостей воздуха g = CP/CV используется

Для определения отношения теплоёмкостей воздуха g = C_P/C_V используется экспериментальная установка ФПТ1-6, общий вид которой показан на рис. 3.

Установка состоит из стеклянной колбы, соединённой с открытым вертикальным водяным манометром 2. Воздух нагнетается в колбу микрокомпрессором, размещённым в блоке рабочего элемента 1. Микрокомпрессор включается тумблером «Воздух», расположенным на передней панели блока рабочего элемента. Пневмотумблер «Атмосфера», расположенный на передней панели блока рабочего элемента, в положении «Открыто» позволяет соединять колбу с атмосферой.

Рис. 3.

Порядок выполнения работы:

1. Включите установку тумблером «Сеть».

2. Установите пневмотумблер «Атмосфера» в положение «Закрыто». Для подачи воздуха в колбу включите тумблер «Воздух».

3. По изменению уровней воды в коленах манометра контролируйте давление в колбе. Когда разность уровней воды в манометре достигнет значения Dh₁ = 150 ¸ 250 мм, отключите тумблер «Воздух».

4. Подождите две - три минуты, пока температура воздуха в колбе Т₁ сравняется с температурой окружающего воздуха Т_А. При этом в колбе установится постоянное давление P₁ = P_А + rgDh₁. Определите разность уровней Dh₁, окончательно установившуюся в коленах манометра, и внесите её значение в таблицу 1.

5. На короткое время соедините колбу с атмосферой, установив пневмотумблер «Атмосфера» в положении «Открыто». Как только уровни воды в коленах манометра сравняются, возвратите пневмотумблер «Атмосфера» в положение «Закрыто».

6. Через две - три минуты, когда в колбе установится постоянное давление P₃ = P_А + rgDh₂, определите разность уровней Dh₂, установившуюся в коленах манометра, и внесите её в таблицу 1.

Таблица 1

Измеряемые и расчётные величины	Номер опыта
D h1
Dh2
Dh1- Dh2
g

7. Повторите измерения по пп. 2 ¸ 6 не менее 10 раз при различных значениях величины Dh₁.

По окончании работы выключите установку тумблером «Сеть».

Обработка результатов измерений

1. Вычислите g по формуле (7) и внесите их значения п последнюю строку таблицы 1..

2. Вычислите <g> как среднее арифметическое для всех полученных значений g_i по формуле:

<g> = .

3. Вычислите величину среднего квадратичного отклонения S по формуле:

S = ,

где n - число измерений.

4. Найдите абсолютную погрешность измерений:

Δγ = aS,

где a - коэффициент Стьюдента, определяемой по таблице, приведённой в работе [4] и на информационном стенде лаборатории.

Доверительная вероятность задается преподавателем.

Результат запишите в виде:

g = <g> ± Δγ.

5. Оцените относительную погрешность полученного значения g по формуле:

δg = (Δγ /<g>)·100%.

Полученное значение <g> сравните с теоретическим значением, вычисленным по формуле (3), рассматривая воздух как двухатомный газ.

Контрольные вопросы

1. Какой процесс изменения состояния газа называется изотермическим, изобарическим, изохорическим и адиабатическим? Нарисуйте графики этих процессов.

2. Сформулируйте первый закон термодинамики. Запишите этот закон для изотермического, изобарического, изохорического и адиабатического процессов.

3. Дайте определение удельной и молярной теплоемкостей. В каких единицах СИ они измеряются?

4. Приведите формулы расчёта молярных теплоёмкостей С_V и С_P 1-, 2-, 3- и многоатомного идеальных газов.

5. Что называется числом степеней свободы молекулы и чему оно равно для 1-, 2-, 3- и многоатомного идеальных газов?

6. Рассчитайте теоретическое значение g для 1-, 2-, 3- атомного газа.

7. В чем заключается метод Клемана и Дезорма для определения отношения С_P/С_V?

8. Опишите рабочий цикл и изменения состояния воздуха по диаграмме P-V, приведённой на рис. 2.

9. Как изменяется температура газа при адиабатическом расширении и адиабатическом сжатии и почему?

Список литературы

1. Савельев И.В. Курс общей физики в 3-х тт. Т. 1. Механика. Молекулярная физика. – М.: Астрель АСТ, 2007. – 352 с.

2. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики. – М.: Изд-во «Академия», 2003. – 720 с.

3. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 2004. – 544 с.

4. Селезнёв В.А., Тимофеев Ю.П. Методические указания к вводному занятию в лабораториях кафедры физики. – М.: МИИТ, 2006. – 30 с.

Учебно-методическое издание

Лагидзе Раули Михайлович

Харитонов Юрий Николаевич

Куюмчян Аарон Максимович

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ ТЕПЛОЁМКОСТЕЙ

ВОЗДУХА ПРИ ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ И ОБЪЁМЕ

Методические указания к лабораторной работе №144

под редакцией профессора В.И. Марченко

Подписано к печати Заказ № Формат 60 × 84 × 21/16

Усл.-печ. л. Изд. № 179-11 Тираж 300 экз.

127994, Москва, ул. Образцова д. 9, стр. 9.

Типография МИИТа