Порядок виконання роботи

1. Зволожити водою тканину 2 першого термометра.

2. Ключ 5 вентилятора психрометра повернути за годинниковою стрілкою на п’ять–шість обертів і спостерігати за показами сухого і вологого термометрів. Коли настане термодинамічна рівновага, записати ці покази в таблицю.

3. Повторити експеримент ще двічі через 8–10 хв. Отримані значення t° _B і t°_C усереднити. Розрахувати D t°=t°_C – t° _B.

4. За отриманими в експерименті значеннями D t° і t°_C обчислити відносну вологість повітря f. Шукане значення f визначають на перетині горизонтального рядка психрометричної таблиці, який відповідає t°_C, і вертикального стовпця, який відповідає D t°.

5. За таблицею „Тиск і густина насиченої водяної пари при різних температурах” визначити P _H і P _HB, які відповідають температурам t°_C і t° _B. Визначити атмосферний тиск P ₀ за показами барометра. Результати записати в таблицю:

Номер за пор.	t °_C, °C	D t °_C,°C	t° _B, °C	D t° _B,°C	P _H, мм. рт.ст	D P _H, мм. рт.ст	P _HB, мм. рт.ст	D P _HB, мм. рт.ст	f, %	D f, %

….
C.з.

6. Розрахувати за формулою (4) тиск водяної пари в повітрі за умов виконаного експерименту (аналог абсолютної вологості).

7. Обчислити за формулою (2) сталу психрометра a.

8. Похибки D P _H, D P _HB і D f обчислити за середнім арифметичним кількості вимірювань, а D P ₀– як похибку приладу.

9. Абсолютні похибки вимірювань обчислити за формулами

;

10. Записати кінцевий результат експерименту у вигляді

f =` f ± D f, E_f =…%;

a =` a ±D a, E_a =…%;

P =` P ± D P, E_P =…%.

Контрольні запитання

1. Яку пару називають насиченою і як залежить її тиск від температури рідини?

2. Дайте означення абсолютної і відносної вологості повітря.

3. Що таке точка роси?

4. Яке рівняння описує стан насиченої пари? Запишіть його.

5. Як змінюється внутрішня енергія рідини в процесі випаровування?

6. Які чинники впливають на різницю показів сухого і вологого термометрів?

7. Від чого залежить швидкість випаровування рідини? Чому покази сухого термометра більші, ніж покази вологого? Чи завжди виконується це співвідношення?

Лабораторна робота № 215. ДОСЛІДЖЕННЯ КРИТИЧНОГО СТАНУ РЕЧОВИНИ

Завдання: визначити критичну температуру ефіру.

Приладдя: установка для дослідження критичного стану речовини ампула з ефіром.

Теоретичний матеріал, який необхідно засвоїти під час підготовки до виконання роботи: ідеальний і реальний гази; рівняння Ван-дер-Ваальса; ізотерми ідеального та реального газів, метастабільні стани; критичний стан речовини, критичні параметри та їхнє виведення з рівняння стану; зрідження газів; фазові переходи.

Література:

1) § 17.1–17.3, с. 326–336; § 17.5, c. 341–344;

2) § 17.2–17.5, c. 56–62;

3) § 64–66, с. 203–210.

4) § 60–65, с. 103–111.

Опис установки. Установка для дослідження критичного стану речовини (рис. 17) складається з електричного нагрівника 1, призначеного для нагрі-вання ампули з ефіром 4, який живиться напругою 220 В через вимикач 6. Ам-пула розміщена безпосередньо над нагрівником і перебуває в контакті зі спаєм термопари 3. Термопара 3 разом із потенціометром 5 утворюють елек-тричний термометр, який вимірює температуру ампули 4. Під час повільного нагрівання температура ампули з достатньою точністю відповідає температурі ефіру. Ампула з ефіром, нагрівник і термопара розміщені в захисному корпусі 2.

Ідея роботи та виведення робочої формули. Теоретичною основою дослідження критичного стану речовини є рівняння стану реального газу – рівняння Ван-дер-Ваальса. Для одного моля (кіломоля) реального газу це рівняння записують так:

, (1)

де P, V i Т – відповідно, тиск, об’єм і температура одного моля газу; а і b – поправки Ван-дер-Ваальса на внутрішній тиск і власний об’єм усіх молекул газу; R – універсальна газова стала.

Для різних газів поправки а і b різні за значенням. На рис. 18 показані ізотерми реального газу для різних значень температур. Суцільні криві відповідають експериментальним, а криві з штрих-пунктирними ділянками ВВ ¹ СС ¹ – теоретичним ізотермам. З графіків видно, що з підвищенням температури горизонтальна ділянка ізотерми ВС, яка відповідає двофазовому стану речовини (рідина + насичена пара), зменшується, стягуючись за критичної температури Т_K в точку, і дві фази речовини стають нерозрізнюваними. Цій точці відповідають параметри Т_K, P_K, V_K, які визначають критичний стан речовини. Критичні параметри речовини Т_K, P_K, V_K можна визначити, розв’язавши рівняння (1):

. (2)

Критична температура – це температура, за якої зникає різниця між рідиною та її насиченою парою. При Т_K питома теплота пароутворення і коефіцієнт поверхневого натягу рідини a дорівнюють нулю. При Т>Т_K речовина може існувати лише в стані газу, який неможливо перевести в рідину шляхом ізотермічного стиску. При Т<Т_K речовина може існувати у стані як рідини, так і насиченої пари.

Критичний тиск – це максимально можливий тиск насиченої пари заданої речовини, а критичний об’єм – максимальне значення об’єму, який може займати речовина в рідкому стані.

У нашому випадку досліджувана речовина перебуває в замкнутому об’ємі (ефір у запаяній скляній ампулі). Над поверхнею ефіру є насичена пара. З підвищенням температури інтенсивність випаровування ефіру збіль-шується, отже, густина пари r _н також збільшується, а густина рідини r _р – зменшується (рис. 19). Коли температура досягає критичної, то r _н= r _р. Поряд з цим, як зазначено вище, за такої температури a=0, тоді межа поділу між рідиною та її насиченою парою зникне.

Отже, експериментально Т_K можна визначити шляхом візуального спостереження за зникненням (появою) меніска в запаяній скляній ампулі під час її нагрівання (охолодження). Цей метод, уперше запропонований київським фізиком М. Авенаріусом, застосований у нашій роботі.

Якщо в експерименті виміряти t ₁°C (температуру, при якій зникає меніск в ампулі) і t ₂°C– (температуру, за якої меніск з’являється, якщо ампулу охолоджувати), то Т_K можна визначити так:

. (3)