Определение отношения теплоемкостей воздуха припостоянном давлении и постоянном объеме»

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТЕЙ ВОЗДУХА ПРИПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ И ПОСТОЯННОМ ОБЪЕМЕ»

I. Цель работы: изучение тепловых процессов в идеальном газе, ознакомление с методом Клемана-Дезорма и экспериментальное определение отношения молярных теплоемкостей воздуха при постоянном давлении и постоянном объеме.

II. Описание установки

Рисунок 1 – Общий вид установки ФПТ1-6н

Внешний вид рабочей панели и принципиальная схема экспериментальной установки ФПТ1-6н представлена на рисунке 1: 1 – включатель «СЕТЬ» для питания установки; 2 – включатель «Компрессор» для нагнетания воздуха в рабочий сосуд (емкость объемом V = 3500 см³), расположенный в полости корпуса; 3 – кран К1, необходимый для предотвращения сброса давления из рабочего сосуда после остановки компрессора; 4 – пневмотумблер «Атмосфера», позволяющий на короткое время соединять рабочий сосуд с атмосферой; 5 – измеритель давления с помощью датчика давления в рабочем сосуде; 6 – двухканальный измеритель температуры, позволяющий измерить температуру внутри окружающей среды и температуру внутри рабочего сосуда.

IV. Порядок выполнения работы

1.Включить установкупереключателем «СЕТЬ», при этом переключатель засветится.

2. Включить подачу воздуха в рабочий сосуд переключателем «КОМПРЕССОР»,при этом будет слышен шум работающего компрессора и переключатель засветится.

3. По измерителю давления контролировать рост давления в рабочем сосуде. После достижения необходимого давления отключить компрессор изакрыть кран К1. (Р_тах = 6 кПа)

4. После стабилизации давления и температуры в рабочем сосуде снять показания измерителя давления (р′).

5. На короткое время соединить рабочий сосуд с атмосферой, повернув пневмоклапан «АТМОСФЕРА» по часовой стрелке до щелчка.

6. После стабилизации давления снять показания измерителя давления (р′′).

7. Повторить эксперимент п. 3-6 пять раз при различных начальных давлениях воздуха в сосуде (р′).

Таблица 4.1

№ опыта	р′, кПа	р′′, кПа	γ
Среднее значение

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВЯЗКОСТИ ВОЗДУХА»

I. Цель работы: изучить внутреннее трение, как одно из явлений переноса в газах.

II. Описание установки

Работа выполняется на установке ФПТ1-1н, которая представляет собой конструкцию настольного типа,состоящую из двух скрепленных вместе приборного блока 1 и блока рабочего элемента 2, общий вид установки представлен на рисунке 3.

Рисунок 3 – Общий вид установки ФПТ1-1н

На лицевой панели приборного блока 1 находятся цифровые приборы для измерения давления 3 и расхода 4. В состав блока рабочего элемента 2 входит металлический капилляр 5, закрепленный междупневмокамерами 6. Регулировка расхода воздуха через рабочий элемент осуществляется путем вращения регулятора 7.

ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СКОРОСТИ ЗВУКА В ВОЗДУХЕОТ ТЕМПЕРАТУРЫ»

I. Цель работы:провести измерения скорости звука в воздухе при раз­личных температурах, построить график зависимости u_зв(t) и сравнить эту зависи­мость с теоретической.

II. Описание установки.

Рисунок 6 – Установка ФПТ1-7н (общий вид )

Работа выполняется на установке ФПТ1-7н, основным элементом которой является волновод с нагревательной спиралью; в торцах волновода установлены источник звука (телефон) и приемник (микрофон). Ручками на блоке излучателя (слева) осуществляется регулировка частоты звукового сигнала, ручкой на правом блоке устанавливается температура воздуха в волноводе. Для контроля амплитуды сигнала, принимаемого микрофоном, используются индикатор резонанса и осциллограф.

II. Описание установки

Для определения изменения энтропии при нагревании и плавлении олова предназначена экспериментальная установка ФПТ1-11н, общий вид которой показан на рис.7.

Рисунок 7 – Общий вид установки ФПТ1-11н.

Нагревание олова происходит в тигле с помощью электрического нагревателя 3, источник питания которого размещен в блоке приборов. Температура олова измеряется цифровым термометром, расположенным в блоке рабочего элемента. Время нагрева измеряется цифровым секундомером, расположенным в блоке приборов. Секундомер приводится в действие при включении питания блока приборов.

II.Описание установки

Работа выполняется на установке ФПТ-1-3, общий вид установки представлен на рисунке 8.

Рисунок 8 – Общий вид установки ФПТ 1-3

В состав установки входят блок рабочего элемента 3 и блок управления 1, закрепленные на основании 5. Блокрабочегоэлемента3 представляетсобой коробчатую конструкцию. Несущими узлами блока являютсяпанельи кронштейн, скрепленныемежду собой. Между выступающимичастямипанелив текстолитовыхфланцах зажата стекляннаятрубка4. По оси трубки натянута вольфрамовая нить.Между панельюи кронштейномразмещен вентилятор для охлаждения трубки. На панелиустановлены два цифровых контроллера2дляизмерения напряжения и температуры. В верхней части блока на кронштейне закреплен датчиктемпературы6.Спередиблок рабочегоэлементазащищен прозрачным экраном из оргстекла. Налицевойпанелиприбора 1 находятся органы управления: «СЕТЬ», «НАГРЕВ»,«НАПРЯЖЕНИЕ».Узел «СЕТЬ» осуществляет подключение установки к сети питающего напряжения. Узел «НАПРЯЖЕНИЕ» осуществляет управление работой цифрового контроллера дляизмерениянапряжения. Узел «НАГРЕВ»осуществляетвключение и регулирование тока для нагрева нити.

V. Таблица результатов измерений.

1.Данные установки:

Длина нити ℓ = 0.4 м;

Диаметр нити d = 0.64 мм;

Внутренний диаметр трубки D = 26 мм;

Температурный коэффициент сопротивления α = 4.1·10^-3;

Сопротивление эталонного резистора R_р = 41 Ом.

2. Измерение падения напряжения на нити.

U_н0 = _______ В; U_р0 = _______ В; T = _______ К.

Таблица 1.

Uр, В	Uн, В	j, Вт/м2	ΔТ, К	λ, Вт/(м·К)
0.5
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0

II.Описание установки

Для выполнения работы используется установка ФПТ1-4, общий вид которой представлен на рисунке 9.

Установка состоит из блока рабочего элемента и блока приборов, размещенных на основании. Блок рабочего элемента содержит микроскоп с рабочим элементом на предметном столике. Рабочий элемент снабжен измерителем,к подвижной части которогоприкреплен корпус из оргстекла. В отверстии корпуса находится стеклянная трубка (капилляр) с водой.

Рисунок 9 – Общий вид установки ФПТ1-4

Для подсветки трубки при измерениях применяется фонарь, свет от которого передается к рабочему элементу по световоду из оргстекла. Яркость свечения фонаря устанавливается регулятором «Подсветка капилляра» на передней панели блока приборов. Времяиспарения воды из капилляра измеряется секундомером(цифровой индикатор «Время» в блоке приборов). Секундомер приводится в действие при включении питания блока приборов.Сброснануль значений на индикаторе производится нажатиемкнопки «MODE», после отпускания которой снова начинается отсчет времени. Температура воздуха в блоке рабочего элементаизмеряется полупроводниковым термометром иотображается на цифровом индикаторе «Температура» блока рабочего устройства. Цена деления указана на шкале микроскопа.

От температуры

t, 0С	Рн, кПа	ρ, 10-3, кг/м3	t, 0С	Рн, кПа	ρ, 10-3, кг/м3
	1,704	12,84		2,486	18,35
	1,817	13,65		2,642	19,44
	1,937	14,50		2,809	20,60
	2,062	15,39		2,984	21,81
	2,196	16,32		3,168	23,07
	2,337	17,32		3,361	24,40

Контрольные вопросы

1. В чем заключается явление диффузии? Какая физическая величина переносится при диффузии?

2. Напишите формулу закона Фика и объясните физический смысл коэффициента диффузии.

3. Какое явление называется испарением жидкости? Как влияет состояние динамического равновесия жидкости и ее пара на процесс испарения жидкости?

4. Какой пар называется насыщенным? Что такое плотность насыщенного пара?

5. Что такое парциальное давление? Как можно определить давление смеси газов?

6. Что такое относительная влажность? Как можно измерить эту величину?

7. В чем заключается метод определения коэффициента взаимной диффузии воздуха и водяного пара по скорости испарения жидкости из капилляра?

8. Объясните, почему скорость диффузии много меньше тепловой скорости молекул.

V. Таблица результатов измерений

Результаты измерений занесите в таблицу 1.

Таблица 1

образец	I	U	t1	t2	t1	t2
пустой калориметр
№1 (сталь)
№2 (алюми-ний)
№3 (латунь)

II.Описание установки

Рисунок 11 – Общий вид установки ФПТ-1-12

ВработеиспользуетсяустановкаФПТ-1-12,выполненнаяввидеконструкции настольного типа, общий вид установки представлен на рисунке 11. Всостав установки входят блок управления 1, приборный блок 2, колба 3 итехнические весы 4.Налицевойпанелиблокаприборногоустановленвакуумметр(5),термометр для измерения температуры окружающей среды (6), внутри блокаустановленкомпрессор.Колбасоединяетсясвыходнымпатрубкомкомпрессора с помощью вакуумной трубки.Налицевойпанелиблокауправленияимеютсятумблер«Сеть»длявключения питания установки и кнопка «Пуск» для включения компрессора.

V. Таблица результатов измерений.

Данные вычислений занести в таблицу 1.

Молярная масса воздуха: М = 0,029 кг/моль.

Объем сосуда: V = _______________, ΔV = _____________.

Таблица 1

№ измерения				средние значения
m1+m0, кг
Δm1, кг
m2+m0, кг
Δm2, кг
p1, Па
Δp1, Па
p2, Па
Δp2, Па

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТЕЙ ВОЗДУХА ПРИПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ И ПОСТОЯННОМ ОБЪЕМЕ»

I. Цель работы: изучение тепловых процессов в идеальном газе, ознакомление с методом Клемана-Дезорма и экспериментальное определение отношения молярных теплоемкостей воздуха при постоянном давлении и постоянном объеме.

II. Описание установки

Рисунок 1 – Общий вид установки ФПТ1-6н

Внешний вид рабочей панели и принципиальная схема экспериментальной установки ФПТ1-6н представлена на рисунке 1: 1 – включатель «СЕТЬ» для питания установки; 2 – включатель «Компрессор» для нагнетания воздуха в рабочий сосуд (емкость объемом V = 3500 см³), расположенный в полости корпуса; 3 – кран К1, необходимый для предотвращения сброса давления из рабочего сосуда после остановки компрессора; 4 – пневмотумблер «Атмосфера», позволяющий на короткое время соединять рабочий сосуд с атмосферой; 5 – измеритель давления с помощью датчика давления в рабочем сосуде; 6 – двухканальный измеритель температуры, позволяющий измерить температуру внутри окружающей среды и температуру внутри рабочего сосуда.