Порядок виконання роботи

1. Записати сталу приладу А, яка є в паспорті установки. Виміряти за показами термометра і барометра кімнатну температуру Т = (... ±...) К й атмосферний тиск P = (...±...) Н/м². Увімкнути живлення секун-доміра 7.

2. Мірну склянку 9 поставити під кран 8. Обережно відкрутити кран, щоб вода з посудини 1 повільно виливалась у мірну склянку.

3. Стежити за показами манометра 6. Коли різниця рівнів води h в колінах манометра перестане змінюватись, виміряти її та ввімкнути відлік часу t за секундоміром 7, одночасно зафіксувавши на лінійці 2 висоту H ₁ рівня води в посудині 1.

4. Після того, як рівень води в посудині 1 опуститься на 3–5 см, припинити відлік часу й одночасно зафіксувати на лінійці 2 висоту Н ₂ рівня води в посудині 1.

5. Результати вимірювань h, t, Н ₁ і Н ₂ записати в таблицю:

Номер за пор.	h, м	D h, м	t, с	D t, с	H ₁, м	D H ₁, м	H ₂, м	D H ₂, м

….
С.з.

6. Повторити експеримент згідно з пунктами 1–5 ще двічі. Результати вимірювань усереднити.

7. За середніми значеннями виміряних експериментально величин обчислити згідно з формулами (8) і (11) ` l і d_e.

8. Абсолютні похибки D l і D d_e обчислити за формулами

;

9. Записати кінцевий результат експерименту у вигляді

l = ( ±D ) м, E_l = … %;

d_e = (d_e ±D d_e) м, E_de = … %.

Контрольні запитання

1. Сформулюйте головні положення молекулярно-кінетичної теорії газів.

2. Що називають довжиною вільного пробігу молекул? Від чого вона залежить?

3. Дайте означення ефективного діаметра молекули газу. Запишіть і поясніть формулу залежності між ` l і d_e.

4. Запишіть одне з рівнянь МКТ, яке пов’язує макро- і мікропараметри газу.

5. Порівняйте між собою середню, середню квадратичну та найімовірнішу швидкості молекул газу. Як їх визначають?

6. Запишіть і поясніть формулу Пуазейля.

7. Як змінюється в’язкість газу зі зміною температури?

Лабораторна робота № 212 ВИЗНАЧЕННЯ СПІВВІДНОШЕННЯ ТЕПЛОЄМНОСТЕЙ ПОВІТРЯ С_P/С_V МЕТОДОМ КЛЕМАНА–ДЕЗОРМА

Завдання: експериментально визначити співвідношення теплоєм-ностей повітря за сталого тиску і сталого об’єму С_P /С_V.

Приладдя: установка для визначення співвідношення теплоємностей повітря.

Теоретичний матеріал, який необхідно засвоїти під час підготовки до виконання роботи: ізопроцеси в ідеальному газі; адіабатичний процес; рівняння Пуассона; внутрішня енергія ідеального газу; теплоємність, питома та молярна теплоємності; теплоємність за сталого тиску і сталого об’єму; рівняння Майєра; ступені вільності молекул; визначення С_P /С_V через ступені вільності молекул.

Література:

1) § 16.2–16.5, с. 285–304;

2) § 18.6–18.8, c. 68–74;

3) § 45–46, с. 104–146; § 71–72, с. 223–232;

4) § 41, с. 73–75; § 50–51, с.88–90; § 53,55, с. 94–96.

Опис установки. Експериментальна установка (рис. 13) складається зі скляної посудини 1, герметично закритої корком 5. Через корок проходить скляна трубка з двоходовим краном 4. Кран 4 може з’єднувати посудину 1 з атмосферою або ж із помпою 2, якщо кран 3 відкритий. У першому випадку тиск повітря в балоні дорівнює атмосферному, а різниця рівнів рідини у манометрі 6 – нулю. Якщо кран 4 повернути в інше положення і помпою 2 нагнітати повітря в балон, то тиск у ньому збільшиться на D р = rgh, де r – густина, а h – різниця рівнів рідини в манометрі 6.

Ідея роботи та виведення робочої формули. В цій роботі досліджують процес адіабатичного розширення газу, який описує рівняння Пуассона

PV^g = const або P ^1- ^gT^g = const, (1)

де g = С_P / С_V – показник адіабати.

Очевидне таке: якщо зв’язок між параметрами двох станів газу Р і Т відомий, то з (1) можна отримати вираз для розрахунку С_P / С_V. У цій роботі досліджуваним газом є повітря, яке міститься в балоні. Після нагнітання в балон повітря його рівноважний стан визначатимуть такі параметри: V, Т ₁ і P ₁, де V – об’єм балона; Т ₁– кімнатна температура, а

Р ₁= Р ₀+ rgh ₁. (2)

Тут P ₀ – атмосферний тиск; h ₁ – різниця рівнів рідини в манометрі.

Переведемо повітря в балоні в інший стан, з’єднавши за допомогою крана 4 об’єм балона на короткий проміжок часу з атмосферою. Внаслідок адіабатичного розширення частина повітря вийде з балона. Тиск у балоні буде дорівнювати P ₀, а температура знизиться до Т ₂. Цей процес описує рівняння (1), а саме:

. (3)