По алфавиту:

Указатель категорий Физика Определение отношения теплоемкостей газа методом Клемана-Дезорма

Определение отношения теплоемкостей газа методом Клемана-Дезорма

Тип работы: Реферат
Предмет: Физика
Язык документа: Русский
Год сдачи: 2011
Последнее скачивание: не скачивался

Описание.

Целью данной работы является изучение адиабатического и изохорического процессов в газах, определение отношения теплоемкостей (коэффициента Пуассона) и числа степеней свободы газа.

Выдержка из работы.

 

Федеральное Агентство по образованию 

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) 

Кафедра физики 
 
 
 

ОТЧЕТ 
 

Лабораторная  работа по курсу "Общая физика" 
 
 
 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТЕЙ  ГАЗА МЕТОДОМ КЛЕМАНА–ДЕЗОРМА 
 
 
 
 
 

     Преподаватель    Студент  

     

                           
 
 
 
 

2011г.

 

        1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ 

       Целью данной работы является изучение адиабатического  и изохорического процессов в газах, определение отношения теплоемкостей (коэффициента Пуассона) и числа степеней свободы газа. 

       2. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ  ЭКСПЕРИМЕНТА 

       Величину  коэффициента Пуассона g можно определить с помощью прибора Клемана и Дезорма, изображенного на рисунке 2.1.

       

       Рисунок 2.1 Схема экспериментальной установки

       Для определения отношения теплоемкостей для газа (воздуха), находящегося в баллоне, с ним проводят последовательность термодинамических процессов. Они представлены на P-Vуд – диаграмме на рисунке 2.3. Обозначим через P0, V0, T0 исходные величины термодинамических параметров газа в баллоне. Сначала в баллон накачивается воздух насосом (достаточно быстро), процесс 1-2. при этом газ в баллоне сжимается и нагревается (выше комнатной температуры). После изохорического остывания до начальной комнатной температуры (процесс 2-3) газ имеет некоторое давление P1 (выше атмосферного) и температуру T0. Затем открывают клапан, соединяя баллон с атмосферой, и газ адиабатически расширяется (процесс 3-4). 
 

       3. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ 

       Формула для расчета приращения разности давления: 

                 (3.1)

       где j – это номер опыта.

                                                     

       Формула для расчета коэффициента Пуассона (для каждого измерения): 

                 (3.2) 

       Формула для расчета среднего коэффициента значения Пуассона:

               (3.3) 
 

       Экспериментальное число степеней свободы газа: 

                 (3.4)

       Формула расчета, абсолютной погрешности вычисления среднего значения  коэффициента Пуассона:

              (3.5) 

       Формула расчета, относительной погрешности вычисления среднего значения  коэффициента Пуассона в процентах:

               (3.6) 

       4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ АНАЛИЗ 

       Таблица 4.1 Результаты прямых и косвенных  измерений

1 569 209 360 1,581
2 556 214 342 1,626
3 560 206 354 1,582
4 601 212 389 1,545
5 584 204 380 1,537
6 568 220 348 1,632
7 581 205 376 1,545
8 325 119 206 1,578
9 327 124 203 1,611                            

       Молекулы одноатомного газа можно рассматривать как материальные точки на том основании, что масса такой частицы (атома) сосредоточена в ядре, размеры которого очень малы (10-13см). Поэтому молекула одноатомного газа может иметь лишь три степени свободы поступательного движения.

       Молекулы, состоящие из двух, трех и большего числа атомов, не могут быть уподоблены материальным точкам. Молекула двухатомного газа в первом приближении представляет собой два жестко связанных атома, находящихся на некотором расстоянии друг от друга 

       3. Чему равна теплоемкость идеального газа при адиабатическом процессе? 

       Теплоемкостью называется величина, равная количеству теплоты, которое нужно сообщить веществу, чтобы повысить его температуру на один кельвин. 

       4. В каких единицах измеряются в системе СИ давление, объем, температура, молярные теплоемкости? 

       Давление  – кПа, объем – дм3, температура – в Кельвинах, молярные теплоемкости – Дж/(мольxК)   

       5. Что такое молярные теплоемкости Ср и Сv? 

       У газа различают теплоемкость при  постоянном объеме Сv и теплоемкость при постоянном давлении Ср. 

       При постоянном объеме работа внешних сил  равна нулю, и все сообщаемое газу извне количество теплоты идет целиком  на увеличение его внутренней энергии  U. Отсюда молярная теплоемкость газа при постоянном объеме Сv численно равна изменению внутренней энергии одного моля газа ?U  при повышении его температуры на 1К: 

       ?U=i/2*R(T+1)-i/2RT=i/2R

       Таким образом, молярная теплоемкость газа при  постоянном объеме

       Сv=i/2R  

       удельная  теплоемкость при постоянном объеме 

       Сv=i/2*R/µ 

       При нагревании газа при постоянном давлении газ расширяется, сообщаемое ему  извне количество теплоты идет не только на увеличение его внутренней энергии U, но и на совершение работы A против внешних сил. Следовательно, теплоемкость газа при постоянном давлении больше теплоемкости при постоянном объеме на величину работы A, которую совершает один моль газа при расширении, происходящем в результате повышения его температуры на 1K при постоянном давлении P: 

       Ср= Сv+A

       Можно показать, что для моля газа работа A=R, тогда 

       Ср= Сv+R=(i+2)/2*R 
 

       Пользуясь соотношением между удельными в  молярными теплоемкостями, находим для удельной теплоемкости: 

       Ср= (i+2)/2*R 

       Непосредственное  измерение удельных и молярных теплоемкостей затруднительно, так как теплоемкость газа составит ничтожную долю теплоемкости сосуда, в котором находится газ, и поэтому измерение будет чрезвычайно неточно.

       Проще измерить отношение величии Ср/ Сv

       ?= Ср/ Сv =(i+2)/i.

       Это отношение зависит только от числа  степеней свободы молекул, из которых состоит газ. 

       6. Чем молярная теплоемкость отличается от удельной, удельная – от полной? 

       Теплоемкостью называется величина, равная количеству теплоты, которое нужно сообщить веществу, чтобы повысить его температуру на один кельвин.

       Удельной  теплоемкостью называется физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое надо сообщить единице массы этого вещества для увеличения ее температуры на один кельвин.

       Кроме того, часто пользуются молярной (мольной) теплоемкостью, которая в отличие от удельной теплоемкости отнесена не к одному килограмму, а к одному молю вещества.  

             7. Что такое адиабатный процесс?

       Адиабатическим  называется такой процесс, когда  система переходит из одного состояния  в другое без теплообмена с  внешними по отношению к этой системе телами. Практически адиабатный процесс всегда происходит при достаточно быстром расширении или сжатии газа. Условие адиабатичности будет выполнено, если процесс протекает так быстро, что теплообмен между газом и внешней средой не успевает произойти 

             8. Что такое уравнение Пуассона?

       Коэффициент Пуассона называется также показателем  адиабаты, так как он входит в  уравнение Пуассона

                 

       которое характеризует адиабатический процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой dQ=0.

             9. Может ли случиться, что газ получает теплоту, а его внутренняя энергия уменьшается?

       Система обменивается теплом с окружающими  телами и совершает работу (положительную или отрицательную), то изменяется состояние системы, т. е. изменяются ее макроскопические параметры (температура, давление, объем). Так как внутренняя энергия U однозначно определяется макроскопическими параметрами, характеризующими состояние системы, то отсюда следует, что процессы теплообмена и совершения работы сопровождаются изменением ?U внутренней энергии системы.

             10. Изменяется ли внутренняя энергия идеального газа при изотермическом процессе?

       В изотермическом процессе температура  газа не изменяется, следовательно, не изменяется и внутренняя энергия газа, ?U = 0.

       Первый  закон термодинамики для изотермического  процесса выражается соотношением Q=A

             11. Какое влияние на результат опытов может оказать наличие водяного пара в воздухе, которым наполнен баллон?

       Не  всякий процесс, проведенный в адиабатической оболочке, т. е. без теплообмена с  окружающими телами, удовлетворяет  этому условию. Примером неквазистатического процесса, в котором промежуточные состояния неравновесные, может служить расширение газа в пустоту. На рис. 3.9.3 изображена жесткая адиабатическая оболочка, состоящая из двух сообщающихся сосудов, разделенных вентилем K. В первоначальном состоянии газ заполняет один из сосудов, а в другом сосуде – вакуум. После открытия вентиля газ расширяется, заполняет оба сосуда, и устанавливается новое равновесное состояние. В этом процессе Q = 0, т.к. нет теплообмена с окружающими телами, и A = 0, т.к. оболочка недеформируемая. Из первого закона термодинамики следует: ?U = 0, т. е. внутренняя энергия газа осталась неизменной. Так как внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры, температуры газа в начальном и конечном состояниях одинаковы – точки на плоскости (p, V), изображающие эти состояния, лежат на одной изотерме. Все промежуточные состояния газа неравновесные и их нельзя изобразить на диаграмме.

       Расширение  газа в пустоту – пример необратимого процесса. Его нельзя провести в  противоположном направлении.

...
Похожие работы:
© 2009-2018 Все права защищены — dipland.ru