Проведение опыта

1. Определение универсальной газовой постоянной

С помощью весов определяем массу m₁ сосуда 1 общим объёмом (с участком соединительного шланга) V₁ =2,07 л, внутри которого находится воздух при атмосферном давлении Р₁. Подключаем сосуд к манометру и груше-помпе, накачиваем в него воздух до давления Р₂ и закрываем зажим 4 (зажим 8 во время опыта затянут). Определяем

новую массу сосуда m₂.

Из уравнения состояния газа определяем универсальную газовую постоянную

μR_оп= μ·V·(P₂ - P₁)/[T·(m₂ - m₁)]

Усреднённая молярная масса воздуха μ =29 кг/кмоль. Полученное значение сравнить с известным значением μR = 8314 Дж/(кмоль·К) и определить погрешность в опыте

δ₁= 100%·(8314- μR_оп)/8314

1. Исследование изотермического процесса

Измеряя давление, при изотермическом перетекании газа из сосуда с известным объёмом в сосуд с неизвестным объёмом можно определить неизвестный объём.

При проведении опыта в установке затягиваем зажим 4 и, открывая зажим 8, присоединяем сосуд неизвестного объёма 9, в котором находится воздух при атмосферном давлении P₁ и температуре Т. После соединения подождать 2-3 минуты и открыть зажим 7. После 1-2 минут ожидания зарегистрировать установившееся в сосудах давление Р. Неизвестный объём сосуда 9 (с учётом объёма соединительного шланга) определяется из соотношения

V₂ = V₁ (P₂-P)/(P-P₁)

Полученное значение сравнить с истинным объёмом сосуда V_2и и определить погрешность в опыте.

δ₂=100%·(V₂ - V_2и)/V_2и

Результаты измерений и обработки опытных данных

Лабораторная работа № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗОБАРНОЙ ТЕПЛОЁМКОСТИ ВОЗДУХА МЕТОДОМ НАГРЕВА СТРУИ

Цель работы – экспериментальное определение удельной изобарной теплоёмкости воздуха и сравнение её с табличными данными.

Общие положения

Теплоемкостью тела называется количество теплоты, необходимое для повышения его температуры на 1 К. Удельной теплоемкостью называется количество теплоты, необходимое для нагревания единицы количества вещества на один градус.

В зависимости от принятой единицы количества вещества различаются удельные теплоёмкости:

массовая с, Дж/(кг К);

объёмная Ĉ, Дж/(м^з К)

мольная mс, Дж/(кмоль К).

Соотношение между теплоёмкостями:

с = mс/m = Ĉ 22,4/m

Теплоемкость зависит от характера процесса. Особое значение имеют теплоемкости газа при постоянном давлении (в изобарном процессе) с_р и постоянном объеме (в изохорном процессе) с_v. Величина с_v меньше с_р, т.к. при нагревании тела в изохорном процессе теплота затрачивается только на повышение температуры. При изобарном нагревании газ расширяется и совершает работу.

Теплоемкости связаны между собой формулой Майера

с_P - c_V = R

Для мольных теплоемкостей формула Майера

μ с_P - μ c_V = 8314,3

Отношение теплоемкостей для всех газов больше единицы

c_P/c_V = k

где k – показатель адиабаты или коэффициент Пуассона.

Для одноатомных газов k = 5/3; для двухатомных k = 7/5, для трёх и более атомных газов k = 9/7.

Объединяя соотношения для теплоёмкостей изохорного и изобарного процессов, получаем:

c_V= R/(k - 1); с_P = k R/(k - 1)

Для того чтобы определить изобарную теплоёмкость необходимо:

1. Обеспечить изобарный процесс нагрева или охлаждения рабочего тела (воздуха).

2. Измерить расход рабочего тела, начальную и конечную температуру и мощность нагревателя.

Основная расчётная зависимость для определения массовой изобарной теплоёмкости:

с_P = W/G(t₂ - t₁) (1)

где W – количество теплоты, подведённой к рабочему телу в единицу времени (мощность нагрева), Вт;

G – массовый расход рабочего тела, кг/с;

t₂ и t₁ – конечная и начальная температуры воздуха, ^ОС.