Визначення відношення молярних теплоємностей повітря методом адіабатичного розширення

Мета роботи:Визначити відношення молярних теплоємностей повітря методом адіабатичного розширення

Обладнання Установка для визначення коефіцієнта Пуассона газу методом адіабатичного розширення

І. ТЕОРЕТИЧНІ ДАНІ

Властивості реальних газів, в тому числі повітря, при невеликому тиску і не дуже низьких температурах, близькі до ідеального газу.

З точки зору молекулярно - кінетичної теорії ідеальним газом називається газ, що складається з молекул, які можна вважати матеріальними точками, потенціальною енергією взаємодії таких молекул можна знехтувати і взаємодію молекул можна розглядати як зіткнення пружних куль.

Ідеального газу в природі не існує. Існують тільки реальні гази. Реальний газ можна вважати ідеальним при низьких тисках і невеликих температурах.

Стан ідеального газу описується рівнянням Менделєєва-Клапейрона

, (1)

де Р – тиск газу, V – його об'єм, Т – температура газу, m – маса газу, М – молярна маса, яка дорівнює масі одного моля речовини і в СІ вимірюється у кілограмах на моль у мінус першому степені.

Об'єм одного моля ідеального газу при норм, умовах (р = 760 мм рт. ст. = 101,325 кПа, t=0°С) дорівнює 0,0224м³ /Моль; R = 8,314510 Дж/(моль К). R – універсальна газова стала.

Фізичний зміст універсальної газової сталої: універсальна газова стала R чисельно дорівнює роботі розширення 1 моля ідеального газу при ізобарному нагріванні його на 1К.

Процес, що відбувається при сталій величині одного з параметрів газу називають ізопроцесом.

Процес, що відбувається при постійному тиску називають ізобарним (Закон Гей- Люссака)

, , (2)

Процес, що відбувається при постійному об'ємі – ізохорним (Закон Шарля)

, , (3)

Процес, що відбувається при постійній температурі називається ізотермічним і описується рівнянням Бойля – Маріотта.

, , (4)

Процес, що відбувається без теплообміну між газом і навколишнім середовищем, називається адіабатичним і описується рівнянням Пуассона

, (5)

де постійна для кожного стану газу величина , коефіцієнт Пуассона, є відношення молярної теплоємності газу при ізобарному процесі, до молярної теплоємності газу при ізохорному процесі.

Молярна теплоємність газу вимірюється кількістю теплоти, що необхідна для нагрівання одного моля газу на один Кельвін і залежить від умов нагрівання.

тому, що кількість тепла яка надається при ізобарному процесі іде не тільки на збільшення внутрішньої енергії газу, а і на виконання роботи проти зовнішніх сил в процесі розширення. При цьому

, (6)

де R – універсальна газова стала.

Цей вираз називають формулою Майєра.

З молекулярно – кінетичної теорії відома формула для визначення і для ідеального газу.

, , (7)

де і – число ступенів вільності молекули ідеального газу.

Числом ступенів вільності молекули є число мінімальної кількості координат, що повністю визначають положення молекули в просторі.

Для одноатомного газу і = 3; для двохатомного і = 5; для трьохатомного і багатоатомного і=6.

Якщо відомо відношення , то необхідність в експериментальному визначенні відпадає і тоді знаходиться по формулі 7.

В даній лабораторній роботі визначається коефіцієнт Пуассона для повітря.

Фізичний зміст методу адіабатного розширення полягає в тому, що при адіабатному розширенні зменшення тиску зумовлене не тільки збільшенням його об’єму, а й зменшенням температури.