Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Визначення відношення теплоємностей для повітря по методу Клемана та Дезорма
Мета роботи: вивчення закономірностей ізопроцесів, що протікають в газах; визначення відношення теплоємностей Cp/CV.
Молярною (або мольною) теплоємністю називається величина, чисельно рівна кількості теплоти, яку треба надати одному молю речовини для підвищення його температури на 1К.
Теплоємність тіла масою в 1кг називається питомою теплоємністю с. Очевидно, що С=с, де – молярна маса речовини.
Теплоємність залежить від процесів зміни стану газу. Якщо процес в газі протікає при сталому об‘ємі (V=const), то він називається ізохоричним. В цьому випадку газ не здійснює роботи проти зовнішніх сил, і теплота, отримана газом, йде лише на збільшення внутрішньої енергії. При цьому молекулярна ізохорична теплоємність . При нагріванні газу при сталому тиску (p=const) газ розширяється, теплота, яка надається йому ззовні, йде не лише на збільшення запасу його внутрішньої енергії, але й на здійснення роботи проти зовнішніх сил, тому ізобарична теплоємність газу більше його ізохоричної теплоємності. Для молярної теплоємністі с справедливе рівняння Майера c=cV+R.
Отже, відношення завжди більше за одиницю.
Для визначення відношення теплоємностей використовується експери ментальна установка (див. малюнок), що складається зі скляного балона А, який сполучається з трубками, що ведуть до ручного насосу (на малюнку не зображений), до манометра М, кран К2 дозволяє сполучати балон з атмосферою, кран К1 сполучає балон з насосом. Надлишковий, у порівнянні з атмосферним, тиск повітря в балоні А вимірється U-подібним манометром, заповненим рідиною.
Якщо в закритий скляний балон накачати повітрям до тиску p1, який дещо перевищує атмосферний тиск p0 (температура газу при цьому буде дорівнювати кімнатній температурі T1), а потім відкрити кран К2, що сполучає балон з атмосфе рою, то тиск повітря почне зменшуватись, врівноважуючись з атмосферним. Температура його дещо понизиться внаслідок швидкого розширення, оскільки в цьому випадку нема теплообміну між повітрям в балоні та навколишнім середовищем. Робота по розширенню повітря буде відбуватись за рахунок зменшення його внутрішньої енергії. Процес, який відбувається без теплообміну із зовнішнім середовищем, називається адіабатичним та підкоряється закону Пуассона
pV=const, (1)
де .
Якщо теплопровідність стінок балона мала (скло має низьку теплопровід ність), а отвір крана К2 досить великий, то рівновага по тиску встановиться значно швидше, ніж рівновага по температурі, та через деякий час температура в балоні знову приблизиться до кімнатної.
Використовуючи рівняння Клапейрона, вираз (1) можна записати у вигляді
; (2)
заауважимо, що в кінці адіабатичного розширення p2=p0, а температура T2 виявля ється дещо нижчою кімнатної температури T1.
Після того як кран К2 знову відключає балон від атмосфери, відбувається повільне ізохорне нагрівання газу в балоні за рахунок теплообміну з навколишнім середовищем. Система досягає рівноваги. Температура Т3, що встановилась в балоні, дорівнює кімнатній температури T1. Процес вирівнювання температур при закритому крані підкоряється закону Гей-Люссака
;
якщо Т3=Т1, то . (3)
Виключаючи з (2) відношення температур з допомогою (3), знайдемо
.
Розв‘яжемо це рівняння відносно :
.
Введемо позначення p1=p0+gh1; p3=p0+gh2.
Розкладемо логарифми в ряди; так як h1<<p0 та h2<<p0, то можна обмежитися двома першими членами розкладу:
.
По аналогії
.
Отже,
. (4)
Таким чином, визначення зводиться до вимірювання різниці рівнів в манометрі h1 та h2.
Дані дослідів звести в таблицю:
|
Номер досліду |
h1 |
h2 |
|
|
|
1 |
||||
|
2 |
||||
|
… |
||||
|
Середнє значення |
ср= |
ср= |
Знайшовши середнє значення , оцінити похибку вимірювання по середньому.
Від чого залежить теплоємність газів?
Який процес називається адіабатичним?
Які процеси використовуються при визначенні по методу Клемана та Дезорма?
Яка формула називається робочою для визначення ?
Як оцінюється похибка вимірювання ?
Савельев И.В. Курс общей физики. т.І.—М.:Наука, 1977.—с.341-350.
Визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідин з допомогою торсійної ваги
Мета роботи: ознайомлення з роботою торсійної ваги та визначення коефіцієнта поверхневого натягу різних рідин.
Молекули поверхневого шару рідини, на відміну від молекул в глибині рідини, знаходяться в особливих умовах. Рівнодіюча всіх сил, що діють на молекулу всередині рідини з боку інших молекул, дорівнює нулю, а діючих на молекулу поверхневого шару рідини – відрізняється від нуля. Якщо сили, що діють на молекулу поверхневого шару, згрупувати по квадрантам, то ці сили дадуть складові як у вертикальній, так і в горизонтальній площині. Сили в вертикальній пллощині втягують молекулу всередину рідини та створюють молекулярний або внутрішній тиск. Сили в горизонтальній площині викликають прагнення рідини скоротити свою поверхню. Вони називаються силами поверхневого натягу та направлені по дотичній до поверхні рідини.
Для розриву поверхні рідини необхідно прикласти зовнішні сили, дотичні до поверхні та перпендикулярні лінії розриву. Вони повинні бути рівними силам поверхневого натягу, звідси сила поверхневого натягу запишеться так:
F=l,
де – коефіцієнт поверхневого натягу, що залежить від природи рідини та температури;
l – лінія розриву.
Коефіцієнт поверхневого натягу чисельно рівний силі, що прикладена до одиниці довжини лінії, що лежить на поверхні рідини, та вимірюється в ньютонах на метр (Н/м). Це силова характеристика. Якщо зовнішні сили збільшують поверхню рідини на dS, то проти сил поверхневого натягу виконується робота
dA=Fdx=ldx,
але ldx=dS,
тоді dA=dS.
З останнього виразу випливає, що коефіцієнт поверхневого натягу чисельно дорівнює роботі, що необхідна для утворення одиниці поверхні рідини. Це енергетична характеристика. Домішки сильно впливають на величину ; це пояснюється тим, що в поверхневому шарі рідини є молекули і розчинника, і розчиненої речовини. В даній роботі визначають коефіцієнт поверхневого натягу розчинів солі та мила, вважаючи коефіцієнт поверхневого натягу дистильованої води при даній температурі відомим.
В торсійній вазі маленька чотирикутна пластинка зі сторонами a та b опуска ється на поверхню рідини. Кут між вертикальною поверхнею пластинки та площиною, дотичною до поверхні рідини на межі з тілом, називається крайовим кутом (мал. 1).
Для того щоб відірвати пластинку від поверхні рідини, треба прикласти силу
F=P+F,
де P – вага пластинки;
F=2(a+b)cos – сила поверхневого натягу, що діє по всьому периметру пластинки.
Тоді
F=P+2(a+b)cos,
звідки .
F та P визначають з допомогою торсійної (крутильної) ваги, межі вимірювання яких 0-500мг. Виміряти кут важко, тому використовують метод порівняння. Останнє рівняння запишемо для досліджуваної рідини та води:
; .
Ділимо першу рівність на другу; кути x та мало відрізняються один від одного, тому на cos можна скоротити. В результаті отримаємо
,
Px та – вага пластинки з крапельками рідини та води, так як на поверхні пластинки при відриві її від поверхні рідини залишаються крапельки, що утримуються силами поверхневого натягу. Вага цих крапельок для різних рідин різна.
Величини Fx, Px, , вимірюють з допомогою крутильної ваги, значен ня при даній температурі знаходять з табл.1 Додатку 2.
Установити вагу по рівню 2 з допомогою гвинтів 1 (мал. 2).
|
Вода |
Рідина 1 |
Рідина 2 |
|||||||||
Зауваження. Розчин солі слід добре збовтати перед вимірюваннями ().
Чим обумовлений поверхневий натяг у рідинах?
Визначення коефіцієнта в‘язкості по методу Стокса
Мета роботи: вивчення явища в‘язкості (внутрішнього тертя) в рідинах та визначення коефіцієнта внутрішнього тертя рідини по методу Стокса.
Основні поняття явища в‘язкості (внутрішнього тертя) викладені в роботі М 16.
В‘язкість газів пояснюється переносом кількості впорядкованого руху з одног шару газу в іншу. В‘язкість рідин визначається в основному силами взаємодії між собою (силами зцеплення молекул). В‘язкість газів з підвищенням температури збільшується, так як збільшується швидкість хаотичного руху молекул газу і, отже, перенос кількості руху. З підвищенням температури в‘язкість рідин, навпаки, зменшується та при критичній температурі стає рівною в‘язкості газу.
В методі Стокса при визначенні коефіцієнта внутрішнього тертя розглядаєть ся рух маленької кульки радіусу R, густина матеріалу якої т, у в‘язкому середовищі з густиною ж. На рухому кульку діють:
Формула Стокса отримана на основі формули Ньютона для внутрішнього тертя.
Коли сила опору стане рівною P-Q, рух кульки буде рівномірним. Отже, в цей момент виконується рівність
,
звідки . (1)
Поблизу поверхонь рідини, стінок та дна посудини характер руху кульки змінюється, тому при виконанні роботи слід враховувати лише ті кульки, які рухаються в середній частині посудини.
Формула Стокса справедлива лише для ламінарного режиму руху рідини, що захоплюється кулькою, т.т. при досить малих значеннях числа Рейнольдса (набагато менше одиниці). Число Рейнольдса в цьому випадку
.
Підставимо в формулу (1) значення швидкості рівномірного руху
,
де l – відстань між візирними нитками;
t – час падіння кульки на цій відстані,
та замінимо радіус кульки її діаметром d:
. (2)
Для вимірювання діаметра кульки застосовується мікроскоп МИР-12.
Помістити кульку на предметне скло мікроскопа, обертаючи окуляр мікроскопа, відфокусувати його вимірювальні ниті. Потім, обертаючи окуляр відфокусувати край кульки. Обертаючи барабан мікроскопа, навести вертикальну лінію на лівий край кульки та записати відлік. Аналогічно визначити відлік правого краю. Різниця відліків дорівнює діаметру кульки (по верхній шкалі мікроскопа відраховуються міліметри, по барабану – десяті та соті долі міліметра). Слід пам‘ятати, що якщо індекс верхньої планки стоїть проти міліметрового штриха, то число міліметрів слід визначити по барабану. Якщо поділки на барабані від 80 до 99, то відлік по міліметровій лінійці слід брати з недостачею. Якщо кулька не зовсім правильної форми, треба віміряти два взаємно перпендикулярних діаметра та узяти з них середнє.
|
T 0C= |
т= |
ж= |
L= |
|||
|
Номер досліду |
Відмітки по шкалі мікроскопа |
Діаметр шарика d |
Час проходження t |
|
|
|
|
Лівий край |
Правий край |
|||||
|
1 |
||||||
|
2 |
||||||
|
… |
||||||
|
Середнє |
В яких одиницях вимірюється коефіцієнт в‘язкості?
Савельев И.В. Курс общей физики. т.І.—М.:Наука, 1968.—с.167-176.