gaz căldurilor specifice prin expansiunea adiabatică
Scopul acestei lucrări este de a determina raportul căldurilor specifice pentru aer. sunt considerate două tipuri de capacități de căldură. Aplicarea primei legi a termodinamicii la diferite izoprotsessam. Definiția unui proces adiabatic. Relația dintre energia internă a unui număr de grade de libertate. Au fost descrise metode de măsurare și configurare experimentală. Acesta descrie modul de a efectua lucrări de laborator. Având în vedere reglementările de siguranță și oferă liste de verificare.
Pentru studenții de la toate disciplinele pe tema „fizica“.
IL. 3. Tabel. 1. Bibliografie. 2 titluri.
Scopul definiției raportului work- de specific încălzește pentru aer.
Instrumente și accesorii: cilindru de gaz, manometru, pompa de.
1. Introducere teoretică;
Cantitatea de căldură necesară pentru a ridica temperatura corpului cu o sumă calculată prin formulele:
unde c - caldura specifica, m - masa corpului, C - capacitatea calorică molară, - cantitatea de substanță (număr de moli) - masa molară.
Căldura specifică c se numește o cantitate fizică care este numeric egală cu cantitatea de căldură necesară pentru a informa masa unitară a unei substanțe de a schimba temperatura de un Kelvin.
Capacitatea termică Molar C este valoarea care este numeric egală cu cantitatea de căldură care trebuie raportată la un mol de (kmol) substanței de a schimba temperatura de un Kelvin.
Capacitatea specifică căldura molară, și sunt legate de
Amploarea gazului capacitatea de încălzire depinde de condițiile de încălzire.
Prima lege a termodinamicii exprimă legea conservării energiei pentru procese termice, cantitatea de căldură transmisă la sistem, este cheltuit pe variația energiei interne a sistemului și pentru a face sistemul să funcționeze împotriva forțelor externe.
Energia interna (U) a sistemului - este suma energiei cinetice și potențiale ale particulelor care formează sistemul: moleculele, atomii, electronii, etc. Pentru o energie internă a gazului ideal este doar energia cinetică a mișcării termice aleatorie a moleculelor ... Munca și căldură - două forme de transfer de energie de la un corp la altul. Forțele de lucru de gaz împotriva presiunii externe poate fi definită ca
unde p - presiunea externă, dV - incrementul volumului de gaz.
În ceea ce privește prima lege a termodinamicii izoprotsessam un gaz kilomole este după cum urmează.
1. Procesul de izocoră - un proces care apare la V = const, adică prima lege a termodinamicii, și are forma ..
Astfel, toată căldura furnizată sistemului, este de a crește energia internă, adică. E. În sistemul de încălzire.
unde C V - căldura specifică molară la volum constant.
Prin molara schimbarea capacității calorice în energie internă poate fi exprimată la un volum constant în orice proces.
Schimbarea energiei interne a unui gaz ideal depinde numai de temperatura și căldura specifică
2. Procesul de izobară - un proces care rulează la o presiune constantă, și anume, în acest caz, este dat prima lege a termodinamicii ..
și cantitatea de căldură furnizată în sistem:
în care - căldura specifică molară la presiune constantă.
Pentru un mol de gaz ideal în ceea ce privește (8), (9), (4) și (5) se obține și raportul
Valoarea poate fi găsită prin diferențierea (cu ecuația Mendeleev - Clapeyron înregistrat pentru un mol de:
3. Pentru procesul izoterma (proces proces la o temperatură constantă și, prin urmare, prima lege a termodinamicii ia forma
Se încălzește în acest caz, este numai pentru a efectua munca împotriva forțelor externe; energia internă a sistemului în cadrul procesului izoterm rămâne neschimbat U = const, iar căldura specifică a gazului.
4. B opus procesului adiabatic proces izoterm are loc fără schimb de căldură cu mediul înconjurător, adică la capacitate termică zero. Deoarece, în acest caz, dQ = 0, prima lege a termodinamicii ia forma
În acest caz, munca t. E. extern se face în detrimentul energiei interne a sistemului, acest lucru înseamnă că, atunci când se extinde gazul temperatura este coborâtă.
Pentru procesul de adiabatică ecuația Poisson este validă
unde g - indicele adiabatic.
Toate procedeele de mai sus pot fi reprezentate grafic, de exemplu în coordonatele (Fig. 1)
Fig. 1. Diagrame de proces
Energia interna a unui gaz ideal este exprimată ca numărul de grade de libertate (i) molecule.
Numărul de grade de libertate i este numărul de coordonate independente, definind complet poziția sistemului în spațiu. molecula de gaz monoatomic este considerată ca un punct material, care este creditat trei grade de libertate de mișcare de translație (i = 3). molecula de gaz diatomica este considerată ca o combinație de două puncte de material - atomi legat rigid de legătură nedeformate. Acest sistem, în plus față de cele trei grade de libertate de mișcare de translație, are două grade de libertate de mișcare de rotație. Astfel, molecula diatomic are cinci grade de libertate (i = 5). Trihidric si molecule neliniare polihidrici au șase grade de libertate (i = 6: trei grade de translație și trei mișcări de rotație).
Având în vedere (15), căldura specifică molară a unui gaz ideal și indicele adiabatic exprimat în termeni de grade de libertate
Astfel, capacitatea termică molară este determinată numai de numărul de grade de libertate, și nu depinde de temperatura.
2. METODĂ DE MĂSURARE
În această lucrare definim aerul.
Aparatul experimental constă dintr-un flacon de sticlă A (fig. 2), conectat la un manometru și pompa B (nu este prezentat). Prin intermediul macaralei pentru cilindru A poate fi conectat cu atmosfera.
Fig. 2. Schema de principiu a instalației
Pomparea aerului în cilindru, presiunea va crește până la o anumită valoare p 1 și, astfel, ridică temperatura, dar după un timp, datorită schimbului de căldură cu mediul ambiant, temperatura aerului în cilindrul devine egală cu temperatura mediului ambiant, notat T 1. constantă presiunea în cilindru, poate fi măsurată cu ajutorul unui manometru
unde p atm - presiunea atmosferică; # 961; - densitatea lichidului în gabaritul, g - accelerația gravitațională, H - diferența de nivel în manometru. Noi numim această stare (T 1, V 1, P 1) Condiția 1.
Acum, procesul adiabatic este fezabil, deschiderea robinetului pentru o perioadă scurtă de timp K. Gazul curge din rezervor foarte repede, astfel încât se extinde de căldură nu are timp să aibă loc, iar procesul poate fi considerat adiabatic. Presiunea în vasul a fost ajustat la presiunea atmosferică, temperatura gazului scade la T 2, iar volumul este egal cu V 1. Prin urmare, la finalul procesului de expansiune adiabatică starea gazului se caracterizează prin următorii parametri:
Noi o numim starea 2. Procesele de gaz care au loc în cilindru, pot fi reprezentate prin curbele în coordonate p - V (figura 3).
Fig. 3. Reprezentarea grafică a proceselor care au loc în rezervor
Aplicând condițiile 1 și 2 ale ecuației lui Poisson (13) randamentele
Răcite cu aer prin expansiune în recipient, după ceva timp, datorită căldurii la încălzește la temperatura camerei T 1. Presiunea crește astfel, la o anumită valoare
unde h - noua diferența de nivel în manometru; volumul de aer nu se schimbă și este egal cu
Astfel, această condiție de aer, care se numește stat 3, caracterizat prin următorii parametri: și
Deoarece statele 1 și 3 temperatura este aceeași, atunci aplicăm legea lui Boyle - Mariotte
Creșterea pe ambele părți ale ecuației (18) la puterea g, obținem
în cazul în care, luând în considerare (17) avem
Logaritmare acestei expresii și rezolvarea pentru găsire
Deoarece presiunea nu diferă unul de altul, diferența dintre logaritmii pot fi luate proporțional cu diferența de presiune în sine și să își asume aproximativ
Ecuația (20) permite calcularea raportului căldurilor specifice de interes din valorile măsurate ale H și h. cu manometru citiri efectuate înainte și după procesul adiabatic, respectiv.
Notă. Pentru absorbția vaporilor de apă din aerul din container este un M pungă (Fig. 2) cu silicagel (carbonat de calciu).
3. ORDINEA DE LUCRU PERFORMANTA
1. Descoperiți dispozitiv macara K și de a afla în ce poziționează macaraua brațul conectează a) cilindrul pompei (Figura 2.); b) cilindrul cu atmosfera.
2. Eliberați clema W, împiedică pătrunderea aerului din recipient prin pompă. umfla cu atenție aerul (până la diferențe de nivel în gabaritul de 60-100 mm) și închideți clema.
3. Când gaz de umflare este comprimat, se lucrează la ea, și în consecință temperatura devine mai mare decât temperatura mediului ambiant. După 2-3 minute, când temperatura din interiorul cilindrului scade la temperatura mediului ambiant, face numărarea în diferența de nivel manometru H (pornind de la nivelul inferior pentru a produce meniscuri).
4. Deschideți supapa K (la 1-2 secunde), se închide. Presiunea din rezervor scade la presiunea atmosferică și temperatura de gaz din interiorul cilindrului devine mai mică decât temperatura mediului ambiant.
5. După 2-3 minute, când temperatura în recipient se ridică la temperatura ambiantă, conta diferența gauge în niveluri h.
6. Valoarea Se determină conform formulei de măsurători și calcule, stoca rezultatele într-un tabel.
7. Experiența 6-7 ori și a efectua formula Student la valoarea W = 0,90 determină valoarea absolută a erorii.
8. Adevărata valoare a raportului căldurilor specifice de aer
9. Se determină numărul de grade de libertate i aer, pe baza valorii experimentale
SIGURANȚĂ
· Set este inclus în V. rețea 220
· Exercitarea prudență în timpul manipulării. Evitați contactul la curenții de atingere la sol sau firele.
· Nu permite instalarea de supraîncălzire.
· În cazul unei defecțiuni, se referă la profesorul sau sunați asistentul de laborator de serviciu.
· După deconectarea de lucru de instalare de la rețea.
1. Ceea ce se numește capacitatea calorică a substanței? Ceea ce este diferit de căldura molară specifică? Legătura dintre ele.
2. Care este procesul adiabatic? Cum poate fi făcut? ecuația lui Poisson pentru un proces adiabatic.
3. Ce este și? De ce>? Care este relația dintre un gaz ideal?
4. Care este energia internă a gazului?
5. Formulați prima lege a termodinamicii, și scrie-l în jos pentru izoprotsessov și procesul adiabatic.
6. Ceea ce se numește numărul de grade de libertate a unui sistem mecanic? Câte grade de libertate în moleculă:
a) un gaz monoatomic
b) un gaz diatomic
c) un gaz poliatomic.
7. Se înregistrează și printr-un număr de grade de libertate. Se calculează și gaz mono-, di-, triatomic (prin numărul de grade de libertate).
8. Explicați esența metodei de determinare a raportului dintre graficele (fig. 3).
9. Se compară valoarea obținută experimental # 947; cu decontare.
10. Care sunt cauzele posibile ale erorilor în măsurătorile # 947; în acest laborator?
1. curs B. Jaworski fizicii. Volumul 1, Capitolul.
2. Trofimova TI Cursul fizicii. cap