С учётом теплообмена

В этом случае, чтобы использовать уравнение (3.16) и график на рис. 3.3, нужно обеспечить одинаковые начальные условия: давление р₁ и температуру Т₁. Будем считать, что второе условие заведомо выполняется, а для выполнения первого условия следует накачивать воздух в баллон до одного и того же значения H. Достаточно приемлемые результаты получаются, если производить накачивание каждый раз с атмосферного давления, в медленном темпе, с одинаковым числом качков насоса.

1. Откройте кран K (см. рис. 3.1) и, выждав около минуты, закройте его.

2. Создайте в баллоне избыточное давление, накачивая воздух в баллон. Следите при этом за показаниями манометра и считайте число качков.

3. Дождитесь, пока температура в сосуде не сравняется с температурой в лаборатории. Определите по манометру величину H₀ и запишите в табл. 3.1.

4. Откройте кран K одновременно с включением секундомера и через время t₁ быстро закройте его. Значение времени t₁ задаёт преподаватель. Его нужно записать в табл. 3.1 числом (например, 4,0 с вместо t₁)

5. Выждите, пока давление в баллоне не стабилизируется, определите по манометру величину h', запишите в табл. 3.1 в столбец с t = t₁.

Таблица 3.1

6. Проведите аналогичные измерения по пп. 1–5, оставляя кран открытым в течение времени t_n = nt₁, где п = 2, 3, 4, 5. Значения t_n, h', H₀ записывайте в табл. 3.1. Последний столбец таблицы заполняется после расчётов и построения графика (см. рис. 3.3)

Анализ и обработка результатов измерений

1. Найдите значения lnh' и среднее значение áH₀ñ, занесите их в табл. 3.1.

2. По данным из табл. 3.1 постройте график зависимости lnh' от времени t. В соответствии с правилами построения графиков начальное значение масштаба по оси lnh' выбирается близким к минимальному значению lnh' из табл. 3.1.

3. Определите по графику lnh₀ (см. рис. 3.3), запишите в табл. 3.1.

4. По найденному логарифму определите h₀ и по формуле (3.14) вычислите уточнённое значение показателя адиабаты g₀.

5. Оцените погрешности определения g₀ этим способом (см. определение погрешности косвенных измерений, стр. 9).

6. По полученному среднему значению показателя адиабаты вычислите экспериментальные значения числа i степеней свободы молекул воздуха.

7. Найдите теоретическое значение i_теор, руководствуясь химическим составом воздуха (см. табл. П3).

8. Сравните полученное Вами экспериментальное значение числа степеней свободы с теоретическим значением и оцените степень несовпадения в процентах.

9. Сформулируйте и запишите обобщающий вывод.

Контрольные вопросы

1. Дайте определения: адиабатического и изотермического процессов, числа степеней свободы молекулы газа, удельной и молярной теплоемкости вещества. Письменный ответ на этот вопрос необходимо включить в отчёт.

2. Каковы цели лабораторной работы и что нужно сделать для их достижения?

3. Назовите составные части лабораторной установки и их назначение.

4. Какие величины измеряются в данной работе непосредственно? Какие вычисляются?

5. Дайте определения и единицы измерения теплоёмкостей: а) системы (тела); б) удельной; в) молярной.

6. Запишите 1 закон термодинамики для адиабатического, изотермического и изохорного процессов.

7. Почему теплоёмкость газа зависит от условий передачи тепла газу?

8. Чему равны молярные теплоёмкости при р = const и при V = const?

9. Выведите расчётную формулу для определения числа степеней свободы молекул газа по его показателю адиабаты.

10. Каковы теоретические значения показателя адиабаты для одноатомного, двухатомного и трёхатомного газов?

11. Опишите состояния газа и процессы на диаграмме p–V (см. рис. 3.2).

12. Выведите формулы (3.7), (3.8), (3.12)–(3.14).

13. Дайте определение адиабатического процесса и запишите его уравнение. Сравните уравнения и графики изотермического и адиабатического процессов.

14. Как изменяются температура и внутренняя энергия газа при адиабатическом процессе?

15. Что называется числом степеней свободы? Чему равно это число для газов с различным числом атомов в молекуле?