Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Шутов В. И. -> "Эксперимент в физике. Физический практикум." -> 15

Эксперимент в физике. Физический практикум. - Шутов В. И.

Шутов В. И., Сухов В.Г., Подлесный Д. Эксперимент в физике. Физический практикум.. Под редакцией Барышевой Т.Б. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. — 184 c.
ISBN:5-9221-0632-5
Скачать (прямая ссылка): ekspvfizfizprakt2005.djvu
Предыдущая << 1 .. 9 10 11 12 13 14 < 15 > 16 17 18 19 20 21 .. 43 >> Следующая

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 9
Целью работы является проверка справедливости уравнения состояния идеального газа, экспериментально определяется отношение молярных теплоємкостей ср и су для воздуха.
Теоретическое введение
1. Первый закон термодинамики. Как известно, изменение внутренней энергии II физической системы складывается из двух частей: она возрастает за счет полученного количества теплоты и убывает за счет произведенной системой работы А. Можно таким образом написать
Аи = <Э-А, или <3 = Д[/ + А (1)
Здесь А — работа, совершаемая системой над внешними телами. Это важное соотношение выражает закон сохранения энергии при тепловых процессах. Иначе его называют первым законом термодинамики.
Необходимо подчеркнуть, что работа и количество теплоты зависят не только от начального и конечного состояний системы, но и от пути, по которому происходило изменение состояния системы.
В каждом определенном состоянии система обладает лишь определенной внутренней энергией II. Поэтому лишь она является функцией состояния. Полученное тепло С} и совершенная работа А — функции процесса.
2. Теплоемкость. Если при поглощении теплоты <2 температура тела повышается на ДТ , то отношение
с = _0_
АТ
называют теплоемкостью тела.
Различают также молярную ж удельную теплоемкости.
Молярная теплоемкость — это количество теплоты, необходимое для нагревания одного моля вещества на 1 К.
Я " Г 1 Дж
" — где V — количество молей; |"1 —
иАТ " моль • К
Удельная теплоемкость — это количество теплоты, необходимое для нагревания тела массой 1 кг на 1 К.
с - \с 1 -
Чуд — д г г' 1Чуд] — Т,'
тпАТ кг • К
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ МОЛЯРНЫХ ТЕПЛОЕМКОСТЕЙ ВОЗДУХА
Определение отношения молярных теплоємкостей воздуха
65
При необходимости всегда можно перейти от одной теплоемкости к другой, поэтому чаще используют в расчетах молярную теплоемкость.
Для процессов с газом важным фактором является изменение объема газа, а значит совершение им работы над внешними телами, поэтому существенно говорить о теплоемкости при постоянном давлении ср и при постоянном объеме су.
Внутренняя энергия идеального газа зависти только от температуры:
з
для одноатомного газа она вычисляется как II = -иВТ, для двухатомного
5
газа как II = -иВТ. 2
Получим молярную теплоемкость при постоянном объеме (изохорный.
процесс) для одноатомного газа. Работа газа при неизменном объеме равна нулю, поэтому
д = А1] = ^ 1/ДДГ,
отсюда
су = -9- = -Д. (2)
1/ДТ 2
Для двухатомного газа
су = -9- = - Д. (3)
1/ДТ 2
При постоянном давлении (изобарный процесс) работа идеального газа выражается как А = PAV = и RAT, поэтому для одноатомного газа
Q = - иВАТ + PAV = - иВАТ + иВАТ = - иВАТ,
2 2 2
сР = = -В. (4)
1/ДТ 2
Для двухатомного газа
сР = ^ = -R. (5)
1/ДТ 2
Отсюда следует известное соотношение Майера для молярных тепло-емкостей:
Ср = Су + В.
Так как АН = суиАТ, первый закон термодинамики для полишропных
процессов (с постоянной теплоемкостью) можно для бесконечно малых приращений записывать как
О = суиёТ + Рс1? = суиёТ + 1уВ(П\
Из (2) и (4) для одноатомного газа получим
7 = - =- = 1,67. (6)
Су 3
66
Определение отношения молярных теплоємкостей воздуха
Для двухатомного газа из (3) и (5)
7=1 = 1,4. (7)
5
Так как в состав обычного воздуха входят в основном двухатомные газы, формула (7) должна для него выполняться с высокой степенью точности.
3. Адиабатический процесс. Это процесс без теплообмена с внешней средой. На практике адиабатическим процессом можно считать процесс протекающий достаточно быстро, так что система не успевает обменяться теплом с окружающей средой за время процесса. Поскольку Q = 0, то первый закон термодинамики выглядит как
vcyAT + PAV = 0.
Из уравнения состояния Р V — uRT\ следует соотношение
и AT = (PAV + V АР) IR. Исключая AT, получим
АР , AV п сР
-+7-=0, где 7=—.
Р V cv
Решением этого уравнения является произведение PV1 = const. Используя уравнение состояния PV = uRT, можно получить также уравнение адиабатического процесса в переменных Р и Т:
/•'7-1
- = const. (8)
Обоснование и методика эксперимента
Прибор для измерения отношений теплоємкостей представляет собой сосуд, который с помощью вентиля может поочередно соединяться с атмосферой, с насосом или закрыт герметично. Давление в сосуде измеряется с помощью водяного манометра (рис. 1).
1. Накачайте в сосуд некоторое количество воздуха, чтобы разность уровней воды в манометре была 20 — 25 см. Делайте это осторожно и медленно, чтобы вода не выплеснулась из манометра. При этом давление и температура воздуха в сосуде повысятся. Если теперь сосуд закрыть, то через некоторое время температура в нем станет равной температуре окружающей среды То, а давление примет некоторое значение Р\. Этому значению будет соответствовать разность уровней в манометре /її.
Можно измерять давление в мм водяного столба, тогда Р\ = /її + Ро, где Ро — атмосферное давление, измеренное в мм водяного столба.
Определение отношения молярных те fvioext костей воздуха
Предыдущая << 1 .. 9 10 11 12 13 14 < 15 > 16 17 18 19 20 21 .. 43 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed