Методика эксперимента

Эксперимент проводится с реальным газом – воздухом, пред­став­ляющим собой смесь нескольких газов, основными компо­нентами которой являются азот (~78%) и кислород (~21%). Реальные газы близки к идеальному газу, если они разрежены и имеют достаточно высокую температуру. Это выполняется, в частности, при условиях, близких к нормальным ( =273,15 К, =101325 Па), т.е. при комнатной температуре и атмосферном давлении.

В принципе, универсальную газовую постоянную можно опре­делить из уравнения (1) или формулы (15). Однако в первом случае необходимо знать собственную массу газа, т.е. без массы резервуара, в котором газ находится. Второй случай еще более проблематичен, поскольку требует помимо знания собственной массы газа реализации изобарного процесса, а для этого необходим цилиндр, закрытый поршнем, который, обеспечивая высокую герметичность, должен перемещаться практически без трения. Технически более просто универсальную газовую постоянную определить, измеряя массу газа вместе с резервуаром, в котором он находится, и используя изохорно-изотермический (, ) процесс, реализуемый, например, путем откачивания части газа из резервуара.

Обозначим через суммарную массу резервуара и находящегося в нем воздуха при атмосферном давлении , а через – массу этого же резервуара, но без воздуха. Тогда в соответствии с уравнением (1) параметры воздуха в резервуаре до откачивания будут связаны уравнением

, (16)

где –	объем резервуара,
–	температура воздуха в резервуаре, равная температуре окружающей среды.

Обозначим через массу резервуара и оставшегося в нем воздуха после откачивания, а через – остаточное давление в резервуаре. Тогда в соответствии с уравнением (1) параметры оставшегося в резервуаре воздуха после его откачивания при постоянной температуре будут связаны уравнением

. (17)

Вычитая из уравнения (17) уравнение (16) и выражая , получим:

, (18)

где –

избыточное по сравнению с атмосферным дав­ление воздуха в резервуаре (при откачивании воздуха ).

Уравнение (18) и используется для определения универсальной газовой постоянной в данной лабораторной работе.

ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА
И ЕЕ КОМПЬЮТЕРНЫЙ ИМИТАТОР

Установка ФПТ1-12 (рис.2) включает в себя газовый резервуар. Он выполнен в виде стеклянной колбы 1, снабженной вакуумным краном 2 и установленной на электронных весах 3. Гибкие шланги 4 и 5 соединяют резервуар, манометр 6 и насос Камовского 7. Манометр и насос закреплены на жестком основании 8.

Манометр измеряет избыточное давление, т.е. разницу между давлением воздуха в резервуаре и атмосферным давлением. Насос Камовского имеет низкую производительность, поэтому процесс откачивания воздуха является практически изотермическим.

Компьютерный имитатор лабораторной установки представляет собой программный продукт, размещенный на компакт-диске. Для его работы требуется операционная система Windows (9X, 2000, Mе). Предпочтительное разрешение экрана: 800´600. Изображение лабораторной установки, выводимое на экран монитора, содержит все основные узлы реальной установки ФПТ1-12.

Рис. 2