Проверка объединенного газового закона

(уравнение газового состояния).

Приборы и материалы используемые в работе:

1. Прибор для проверки газового состояния (укороченный манометр).

2. Химический стакан.

3. Термометр.

4. Барометр-анероид.

5. Электроплитка для нагревания воды.

Цель работы:

Целью работы является опытная проверка справедливости объединённого газового закона (1).

, ,

, ,

, ,

Если затем вычислить по формулам

значение трёх величин: , , , то согласно уравнению (1) должно иметь место равенство:

1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ.

Состояние данной массы газа т характеризуется тремя макроскопическими параметрами, которые ещё называются термодинамическими параметрами:

давление р,

объём V,

абсолютная температура Т.

Если параметры определённой массы газа р, V и Т остаются постоянными в течение определённого времени, то газ будет эта время находится в равновесном состоянии.

Если индексом 1 обозначить параметры, характеризующие массу газа в одном состоянии: , , , а индексом 2 - параметры, в другом состоянии , , , то в случае идеального газа параметры этих двух состояний связаны между собой следующим уравнением

(1)

Это объединённый газовый закон или уравнение газовых состояний данной массы газа, который формируется так:

При постоянной массе газа произведение объёма на давление, делённое на абсолютную температуру газа, есть величина одинаковая для всех состояний этой массы газа.

2. ХОД РАБОТЫ.

Рис. 1

Для проверки объединённого газового закона используется прибор (см. рис.1), состоящий из укороченного манометра 1, заполненного ртутью. Колено А манометра открытое, колено В - закрытое. В колене В находится столб воздуха высотой l. Манометр укреплён на металлической пластинке 2, имеющей шкалу с миллиметровыми делениями.

Исследуемая масса воздуха, находящаяся в закрытом колене В, остаётся в течение всех опытов неизменной, что требуется для проверки объединённого газового закона.

Реализация трёх различных состояний этой массы газа и измерение его параметров в этих состояниях производится следующим образом.

1. ПЕРВОЕ СОСТОЯНИЕ. Манометр помещают в химический стакан, туда же помещают термометр. Далее следует определить по шкале длину воздушного столба в закрытом колене.

Рис.2

Если сечение трубки манометра принять за 1 условную единицу, то объём исследуемой массы газа в 1-м состоянии равен:

(2)

Рис.3

Определить разность уровней ртути в коленах А и В равную и вычислить давление воздуха в закрытом колене в первом состоянии по формуле

,(3)

где - атмосферное давление, определяемое барометром.

Знак "-" берётся в том случае, когда уровень ртути в открытом колене ниже, чем в закрытом (случай (а) на рис.2).

Знак "+" берётся в том случае, когда уровень ртути в открытом колене выше, чем в закрытом (случай (в) на рис. 3)

Измерить температуру воздуха в стакане термометром и найти абсолютную температуру воздуха в закрытом колене:

(4)

По формуле вычислить постоянную величину, характеризующую данную массу воздуха в 1-ом состоянии.

Полученные данные записать в таблицу.

2. ВТОРОЕ СОСТОЯНИЕ реализуется, когда в стакан наливается тёплая вода.

Воду надо наливать так, чтобы запаянный конец В был погружен в воду. Так же как в 1-ом состоянии определить три параметра состояния:

Вычислить

5)

Полученные данные занести в таблицу.

3. ТРЕТЬЕ СОСТОЯНИЕ исследуемой массы воздуха реализуется когда в стакан наливается горячая вода и определяются три параметра третьего состояния:

Вычислить

(6)

Полученные данные занести в таблицу.

4. Обработать полученные результаты[1] и сделать вывод.

4.1Вычислить среднее значение постоянной :

(7)

4.2. Вычислить абсолютные погрешности каждого опыта:

(8)

4.3. Вычислить среднее значение абсолютной погрешности:

(9)

4.4. Вычислить относительную погрешность опытов

(10)

ТАБЛИЦА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ И ВЫЧИСЛЕНИЙ

№№ пп	Атмосферное давление	Разность уровней	Параметры газа	Газовая постоянная	Погрешности опыта
Давление	Объем	Абсолютная температура	Текущее значение	Среднее значение	Абсолютная	Среднее значение абсолютной	Относительная
			Рр	V	T	C
мм.рт.ст.	мм.рт.ст.	мм.рт.ст.	усл.ед.	К	усл.ед.	усл.ед.	усл.ед.	усл.ед.	%

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПЕРВОГО УРОВНЯ

1. Какие параметры при описании свойств газов называются макроскопическими, а какие микроскопическими? Какие параметры называются термодинамическими?

2. Какие параметры полностью описывают состояния определённой массы газа?

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ВТОРОГО УРОВНЯ

3. Как формулируется объединённый газовый закон и его запись в виде формулы?

4. Почему давление исследуемой массы газа определяется по формулам?

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ТРЕТЬЕГО УРОВНЯ

5. Как достигается в данной работе неизменность массы исследуемого газа и какой это газ?

6. В чём причина того, что полученные значения не имеют одинаковые значения? Можно ли на основании этого сделать вывод, что объединённый газовый закон несправедлив?

Лабораторная работа № 2.