Обработка результатов измерений. 1. Определить по ртутному термометру температуру воздуха к лаборатории и принять её
1. Определить по ртутному термометру температуру воздуха к лаборатории и принять её равной температуре воздуха на входе в калориметр Твх.
2. По табл. 2 определить термо–ЭДС Евх хромель алюминевой термопары, соответствующую Твх.
3. Прибавляя к каждому измеренному значению 
, значение Евх, определить по табл. 2 температуру воздуха на выходе из калориметра Твых.
4. Рассчитать разность температур воздуха на выходе и входе калориметра 
, записать полученное значение в табл. 1.
5. Рассчитать 
, записать полученные значения в табл. 1.
6. По полученным данным построить график линейной зависимости 
.
7. Провести оптимальную прямую через набор экспериментальных точек.
8. Определить тангенс угла наклона оптимальной прямой по формуле:
(6)
9. Рассчитать удельную теплоёмкость воздуха при постоянном давлении
(7)
Градуированная характеристика хромель–копелевой термопары (по СТ СЭВ 1059–79) (табл. 2).
Прилагается к данной работе:
В качестве данных установки может быть задан массовой расход воздуха, который является постоянным в течении всего опыта.
Вопросы для самопроверки к работе №9
1. В чём отличие газов от твёрдых и жидких тел? Какими основными параметрами определяется состояние газа?
2. Какую величину определяют в работе?
3. Дайте определение теплоёмкостей (удельной, молярной). Что такое 
и 
?
4. Напишите уравнение Майера и I начало термодинамики для изобарного процесса.
Список рекомендуемой литературы
1. Дмитриева В.Ф., Прокофьев В.Л. Основы физики. – М.: Высшая школа, 2009.
2. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 2010.
Материально–техническое обеспечение
Установка для лабораторной работы по молекулярной физике «Определение удельной теплоёмкости воздуха при постоянном давлении»
Лабораторная работа №10.
«Определение коэффициента теплопроводности методом нагретой нити»
Краткая теория.
Движение молекул газа в термодинамической равновесной системе полностью хаотична. Из основных представлений кинетической теории следует, что газы испытывают в 1 секунду порядка 
столкновений (соударений). Число столкновений (среднее) за 1с
,
где d – эффективный диаметр молекул газа;
n – концентрация (т.е. число молекул в единице объёма); 
;
– средняя арифметическая скорость молекул.
Расстояние, которое проходит молекула между двумя последовательными соударениями называется средней длиной свободного пробега 
;
В газах и жидкостях вследствие хаотичного движения молекул происходит необратимый процесс переноса различных физических величин. Эти явления объединяются общим названием «явления переноса».
I. Перенос массы от мест с более высокой концентрацией молекул к местам с более низкой концентрацией называют диффузией.
Эта масса определяется уравнением:
Здесь 
– площадка, нормальная к потоку, продиффундирующему через неё массы М;
– время движения молекул через площадку ;
– градиент концентрации; 
; 
– масса молекулы газа;
Д – коэффициент диффузии: 
.
II. Перенос энергии происходит вследствие хаотичного движения молекул из областей с более высокой температуры и обладающих большей энергией ( 
) в области с более низкой температурой. Этот процесс называется теплопроводностью. Перенос энергии определяется уравнением
где Q – количество теплоты, перенесённое через изотермическую площадку за время ;
– градиент температуры;
х – коэффициент теплопроводности.
;
– удельная изохорическая теплоёмкость.
При движении тела в вязкой среде возникает сопротивление этому движению. При малых скоростях и обтекаемой форме тела сопротивления обусловлена вязкостью жидкости. Слой жидкости, непосредственно прилегающий к твёрдому телу, прилипает к его поверхности и увлекается им. Следующий слой увлекается за телом с меньшей скоростью. Таким образом, между слоями возникают силы внутреннего трения.
При падении шарика радиуса r в вязкой жидкости, находящеёся в мензурке (рис. 1), на него действует две противоположно направленные силы. Одна из них f обусловлена гравитацией за вычетом выталкивающих (архимедовой) силы. Другая сила F обусловлена внутренним тернием. Из теории следует, что
(1)
(2)
где 
– коэффициент вязкости (или внутреннего трения);
– плотность вещества шарика;
– плотности жидкости;
g – ускорение силы тяжести;
– скорость шарика.
Цель работы: Экспериментальное определение коэффициента теплопроводности воздуха, находящегося вокруг нагретой электрическим током нити. В работе определяется электрическая мощность, выделяемая в нити, и температура нити.
Схема модуля №3. схема измерений.
Нагреваемая вольфрамовая проволока – нить находится в цилиндрическом стеклянном баллоне с двойными стенками, между которыми залита вода. Температура воды в баллоне и, следовательно, температура стенки Тс трубки постоянна в течении опыта. Баллон с нитью укреплён в модуле №3, внешний вид которого показан на рис. 4. На панели модуля расположены: 1 – табличка с названием работы; 2 – баллон с нитью; 3 – гнёзда для подключения источника питания; 4 – гнёзда для подключения вольтметра (мультиметра); 5 – тумблер объектов измерения.
При нагревании нити, вдоль радиуса трубки создаётся градиент температуры. Площадь, через которую передаётся тепло, равна площади поверхности цилиндра, коаксиального с нагретой нитью. При этом можно записать:
(1)
где l – длина цилиндра радиуса r.
Из (1) можно определить мощность теплового потока через внутреннюю цилиндрическую поверхность трубки радиуса 
.
(2)
где 
– радиус нити, ТН – температура нити.
Опыт проводится при постоянной температуре трубки, равной Тс. При этом увеличение электрической мощности, выделяемой в нить, на величину d Р приводит к возрастанию её температуры на d ТН. Поэтому из (2) следует:
(3)
Так как вблизи нити теплопроводность воздуха определяется температурой нити, то в (3) величина 
(ТН) относится к температуре нить ТН. При возрастании температуры нити на d ТН, дополнительный перенос тепловой мощности d Р от нити к стенке трубки определяется только теплопроводностью слоя воздуха вблизи нити. Из соотношения (3) получим:
(4)
Для определения производной необходимо знать зависимость 
, которую находят по экспериментальным данным. Мощность теплового потока 
находится по напряжению 
, измеренному на нити, и току 
, текущему через образцовое сопротивление 
и нить. Для определения тока измеряется напряжение на образцовом сопротивление 
. Температура нити определяется из соотношения:
(5)
где 
– сопротивление нити при 
, (Ом); 
– сопротивление нити при температуре опыта, (Ом); 
– температурный коэффициент сопротивления материала нити, (1/град.). Формула (4) позволяет по найденной экспериментальной зависимости определить 
.
Дифференцируя (5) получаем:
(6)
Подставляя d ТН из (6) в (4), получаем:
(7)
Формула (7) позволяет использовать график зависимости 
для нахождения производной 
.