Методические указания к лабораторной работе №24 «определение отношения молярных теплоемкостей c p / c V воздуха методом адиабатического расширения»




Скачать 134.17 Kb.
НазваниеМетодические указания к лабораторной работе №24 «определение отношения молярных теплоемкостей c p / c V воздуха методом адиабатического расширения»
Дата публикации01.08.2013
Размер134.17 Kb.
ТипМетодические указания
zadocs.ru > Информатика > Методические указания


Министерство образования и науки Российской федерации

гОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Ростовский государственный строительный университет»


Утверждено

на заседании кафедры физики

20 мая 2011 г.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе № 24
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ МОЛЯРНЫХ ТЕПЛОЕМКОСТЕЙ

CP/CV ВОЗДУХА МЕТОДОМ АДИАБАТИЧЕСКОГО РАСШИРЕНИЯ»
Методические указания для специалистов

всех профилей по направлениям подготовки:
270800 «Строительство»

270200 «Реконструкция и реставрация архитектурного наследия»

280700 «Техносферная безопасность»

190700 «Технология транспортных процессов»

190600 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»

230400 «Информационные системы и технологии»

230700 «Прикладная информатика»

120700 «Землеустройство и кадастр»

261400 «Технология художественной обработки материалов»

221700 «Стандартизация и метрология»

100800 «Товароведение»

Ростов-на-Дону

2011

УДК 531.383

Методические указания к лабораторной работе № 24 «Определение отношения молярных теплоёмкостей Cp/Cv воздуха методом адиабатического расширения». – Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2011. – 12 с.


Методические указания содержат краткую теорию метода, порядок выполнения лабораторной работы, требования техники безопасности, требования к оформлению результатов, а также перечень контрольных вопросов и тестов.

Предназначены для выполнения лабораторной работы по программе курса физики для студентов бакалавриата очной и заочной форм обучения всех профилей по направлениям:
270800 «Строительство»

270200 «Реконструкция и реставрация архитектурного наследия»

280700 «Техносферная безопасность»

190700 «Технология транспортных процессов»

190600 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»

230400 «Информационные системы и технологии»

230700 «Прикладная информатика»

120700 «Землеустройство и кадастр»

261400 «Технология художественной обработки материалов»

221700 «Стандартизация и метрология»

100800 «Товароведение»


УДК 531.383

Составители: проф. Н.Н. Харабаев,

доц. Ю.И. Гольцов

Рецензент проф. А.Н. Павлов

Редактор Н.Е. Гладких

Темплан 2011 г., поз. ___

Подписано в печать ____). Формат 60х84 1/16. Бумага писчая. Ризограф.

Уч.-изд.л 0,5. Тираж 100 экз. Заказ___

Редакционно-издательский центр

Ростовского государственного строительного университета.

334022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162
© Ростовский государственный

строительный университет, 2011
^

Лабораторная работа № 24



«Определение отношения молярных теплоёмкостей CP/CV воздуха методом адиабатического расширения»

Приборы и принадлежности: лабораторная установка ФПТ 1-6.

^ Цель работы: экспериментальное определение коэффициента Пуассона в уравнении адиабаты для воздуха.

  1. Краткая теория

Молярной теплоёмкостью вещества называется физическая величина ^ С, численно равная количеству теплоты, которое нужно сообщить одному молю вещества для повышения его температуры на 1К в некотором термодинамическом процессе.

Молярная теплоёмкость (ν – число молей газа).

Величина С зависит от условий, при которых происходит передача теплоты. Так, для газов молярная теплоёмкость Cp при изобарном процессе (p = const) отличается от молярной теплоёмкости CV при изохорном процессе (V = const).

По первому началу термодинамики (dQ = dU + dA) для элементарного изохорного процесса dQ = dU (dA =0), где U – внутренняя энергия.

Отсюда CV =.

Для изобарного процесса первое начало термодинамики dQ = dU + pdV.

Тогда .

Так как для изобарного процесса , то получаем уравнение Майера:

, где ^ R – универсальная газовая постоянная.

Из уравнения Майера следует, что Cp>CV. Физический смысл этого соотношения состоит в том, что нагревание газа (увеличение внутренней энергии) при изобарном процессе в отличии от изохорного, сопровождается совершением работы расширения газа (работы против внешних сил).

Отношение молярных теплоёмкостей газа Cр/CV является коэффициентом Пуассона γ в уравнении адиабатического процесса: .

(Адиабатическим называется процесс, протекающий без теплообмена с внешней средой).

Молярные теплоёмкости газа Cp и CV определяются числом степеней свободы i его молекул: , . Коэффициент Пуассона γ также определяется числом степеней свободы молекул: .

Экспериментально полученные значения коэффициента γ для различных газов позволяют судить о строении молекул этих газов.

Основной задачей данной лабораторной работы является экспериментальное определение коэффициента γ для воздуха и последующего заключения о строении молекул воздуха.

  1. ^ Описание экспериментальной установки и методика измерения

Установка ФПТ 1-6 для определения отношения Cр/CV состоит из приборного блока 1, в котором находится стеклянная ёмкость (колба), блока манометра 2 и основания 3 (рис. 1). На лицевой панели приборного блока находятся органы управления и элементы световой индикации: в правой верхней части расположены тумблер «СЕТЬ» блока питания и сигнальная лампа (светодиод); в левой верхней части размещены тумблер «ВОЗДУХ» включения микрокомпрессора для подачи воздуха в колбу, светодиод и пневмоклапан «АТМОСФЕРА» для сброса давления в колбе.



Рис. 1

Принципиальная схема установки ФПТ 1-6 представлена на рис. 2.


Рис. 2 Рис. 3

Если с помощью микрокомпрессора 2 создать в колбе 1 повышенное давление p1 (отсчитываемое по разности уровней воды в коленах манометра 4) и затем на короткое время открыть пневмоклапан 3, то часть воздуха вследствие расширения выйдет из колбы, давление оставшегося воздуха упадет до давления p2, равного атмосферному pа, а температура понизится от температуры Т1 до температуры Т2 . Так как описанный процесс происходит достаточно быстро, то на термодинамической диаграмме (рис. 3) этот процесс изображается в виде отрезка адиабаты 1→2 (точка 2 соответствует моменту закрытия пневмоклапана). После этого давление в колбе начнет увеличиваться (вследствие изохорного нагревания 2→3 воздуха, оставшегося в колбе). Когда температура воздуха Т3 в сосуде сравняется с первоначальной температурой Т1 (температурой окружающего воздуха), то давление воздуха в колбе станет равным p3 . При адиабатическом расширении 1→2 воздуха согласно уравнению Пуассона: , (1)

где V1 – первоначальный объем воздуха в колбе, который при расширении займет объем Vк колбы.

Так как температура T1 равна температуре T3 , то p1V1 = p3V3 . (2)

Поскольку V2=V3=Vк, и p2 = pа , то из уравнений (1) и (2) получаем:

.

Отсюда .

Тогда .
Так как в условиях опыта давления p1 и p3 мало отличаются от давления pа, то с достаточной точностью можно записать

.

Второе колено манометра открыто, поэтому p1 = pМ1 + p2 , p3 = pМ2 + p2 , где pМ1 и pМ2 показания манометра (в кПа) для установившихся состояний 1 и 3 соответственно.

Тогда . (3)


  1. Порядок выполнения работы




  1. После разрешения преподавателя тумблером в модуле «СЕТЬ» подайте на установку напряжение 220 В. При этом на панели модуля загорится сигнальная лампа (светодиод).

  2. Включите подачу воздуха в колбу, установив тумблер в модуле «ВОЗДУХ» в положение «ВКЛ.». При этом загорится светодиод, и начнет работать микрокомпрессор. Внимательно следите за подъемом уровня воды в левой трубке манометра. Этот уровень во всех случаях не должен превышать 200 дел. по шкале манометра. После достижения рабочего давления в 3,0 – 3,5 кПа выключите тумблер в модуле «ВОЗДУХ».

  3. Через 10 - 15 с произведите отсчет давления pМ1 по манометру (по разности уровней воды в его трубках). Занесите это значение давления pМ1 в таблицу.

  4. Немного поверните ручку пневмоклапана «АТМОСФЕРА» по часовой стрелке, и, как только уровни воды в трубках манометра установятся на нуле, верните ручку пневмоклапана в исходное положение.

  5. Следите за подъемом давления в колбе, и после того как положения уровня воды в трубках перестанут изменяться, запишите в таблицу величину давления pМ2.

  6. Все действия и измерения повторите еще 4 раза. Рассчитайте величины γ1,…, γ5 по формуле (3) и найдите среднее значение <γ>.

  7. Рассчитайте абсолютную погрешность Δγ, приняв ее равной стандартной погрешности:



и занесите значение Δγ в таблицу.

Найдите относительную погрешность измерений и занесите значение δγ в таблицу.

Таблица

№ опыта

pМ1, кПа

pМ2, кПа

γ

<γ>

Δγ

δγ, %


1




















2











3











4











5














  1. Запишите окончательный результат работы в виде: γ = <γ>±Δγ с относительной погрешностью δγ = ….%.
^

Контрольные вопросы


  1. Какой газ принято считать идеальным?

  2. Какие изопроцессы Вы знаете? Запишите уравнения этих процессов.

  3. Как связаны величины молярных теплоёмкостей CV и Cp между собой? Какая из этих величин больше и почему?

  4. Как связаны величины молярных теплоёмкостей CV и Cp идеального газа с числом степеней свободы его молекул?

  5. На основании полученного экспериментально в данной лабораторной работе значения γ для воздуха сделайте заключение о строении молекул основных газов в его составе.

  6. Для тестов, приведенных далее, выберите правильный вариант ответа:


Задание № 1

Средняя кинетическая энергия молекул газа при температуре Т зависит от их структуры, что связано с возможностью различных видов движения атомов в молекуле. При условии, что имеют место только поступательное и вращательное движения, средняя кинетическая энергия молекул азота (N2) равна ...

^ ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) kT/2 ; 2) 3kT/2 ; 3) 5kT/2 ; 4) 3kT ; 5) 7kT/2
Задание № 2

Состояние идеального газа определяется значениями параметров: T0, p0, V0,

где Т термодинамическая температура, р давление, V объем газа. Определенное количество газа перевели из состояния (р0, V0 ) в состояние

(2р0, Vo/3). При этом его внутренняя энергия...

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) не изменилась; 2) уменьшилась ; 3) увеличилась.

Задание № 3

Если U изменение внутренней энергии идеального газа, А работа газа,

Q количество теплоты, сообщаемое газу, то для адиабатного расширения газа справедливы соотношения...

^ ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) Q>0; A>0; U=0; 2) Q<0; A<0; U=0;

3) Q=0; A<0; U>0; 4) Q=0; A>0; U<0.

Задание № 4

Если U изменение внутренней энергии идеального газа, А работа газа,

Q количество теплоты, сообщаемое газу, то для изотермического сжатия газа справедливы соотношения...

^ ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) Q=0; A<0; U>0; 2) Q<0; A>0; U=0;

3) Q>0; A<0; U<0; 4) Q<0; A<0; U=0.

Задание № 5

Если U изменение внутренней энергии идеального газа, А работа газа,

Q количество теплоты, сообщаемое газу, то для изобарного расширения газа справедливы соотношения...

^ ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) Q=0; A>0; U<0; 2) Q>0; A>0; U>0;

3) Q<0; A<0; U>0; 4) Q>0; A>0; U=0.

Задание № 6

Если U изменение внутренней энергии идеального газа, А работа газа,

Q количество теплоты, сообщаемое газу, то для изохорного нагревания газа справедливы соотношения...

^ ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) Q=0; A<0; U>0; 2) Q<0; A=0; U>0;

3) Q>0; A=0; U>0; 4) Q>0; A>0; U>0.

Задание № 7

Давление идеального газа в сосуде уменьшилось в 4 раза, а его абсолютная температура понизилась вдвое. Сколько газа (в %) выпустили из сосуда?

^ ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) 20 %; 2) 40 %; 3) 50 %; 4) 80 %.

Задание № 8

Если в открытом сосуде увеличить абсолютную температуру идеального газа вдвое, то как изменится в результате этого концентрация молекул газа в сосуде?

^ ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) уменьшится вдвое; 2) увеличится вдвое;

3) уменьшится в 4 раза; 4) не изменится.

Задание № 9

Какая часть переданного одноатомному газу теплоты Q при изобарном нагревании идет на увеличение его внутренней энергии?

^ ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) 0,2 Q; 2) 0,4 Q; 3) 0,5 Q; 4) 0,6 Q.

Задание № 10

При адиабатическом сжатии 4 г гелия (М = 4·10-3 кг/моль) совершена работа 600 Дж. Чему равно изменение температуры гелия в этом процессе?

^ ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

1) –72 К; 2) –24 К; 3) 0 К; 4) 48 К.

Задание № 11

Какую работу совершил одноатомный газ в процессе, изображённом на pV - диаграмме?

ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

    1. 1,5 кДж;

    2. 2,5 кДж;

    3. 3 кДж;

    4. 4 кДж

Задание № 12

На графике показана зависимость температуры от давления идеального одноатомного газа. Внутренняя энергия газа увеличилась на 20 кДж. Количество теплоты, полученное газом, равно…




ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:

  1. 0 кДж;

  2. 10 кДж;

  3. 20 кДж;

  4. 40 кДж;


Указания по технике безопасности

Внимание! Лица, не прошедшие инструктаж по технике безопасности, к проведению лабораторной работы не допускаются.

    1. Запрещается:

1.1. Включать или выключать электрические рубильники силовых щитов;

1.2..Включать схему (подавать электрическое напряжение) без предварительной её проверки лаборантом или преподавателем;

1.3. Производить любые изменения в схеме в процессе работы;

1.4. Оставлять без присмотра включенную установку.

  1. При обнаружении неисправного оборудования, электрических розеток и вилок немедленно сообщайте об этом лаборанту или преподавателю. На неисправном оборудовании работать запрещается.

  2. По окончании лабораторной работы обязательно отключите установку от электрического напряжения.


Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Методические указания к лабораторной работе №24 «определение отношения молярных теплоемкостей c p / c V воздуха методом адиабатического расширения» iconМетодические указания к лабораторной работе №2. 1 Определение отношения...
Изучение термодинамических процессов в газе. Освоение метода Клемана-Дезорма по определению отношения теплоёмкостей газа

Методические указания к лабораторной работе №24 «определение отношения молярных теплоемкостей c p / c V воздуха методом адиабатического расширения» iconПриборы и принадлежности Закрытый стеклянный баллон с краном, манометр,...
Определение отношения удельных теплоемкостей воздуха методом адиабатного расширения

Методические указания к лабораторной работе №24 «определение отношения молярных теплоемкостей c p / c V воздуха методом адиабатического расширения» iconМетодические указания к лабораторной работе №2 Экспериментальное...
Методические указания к лабораторной работе составлены профессором Е. П. Поляковым и доцентом О. А. Евлановой и обсуждены на заседании...

Методические указания к лабораторной работе №24 «определение отношения молярных теплоемкостей c p / c V воздуха методом адиабатического расширения» iconМетодические указания к лабораторной работе “Изучение степени очистки...
Методические указания к лабораторной работе “Изучение степени очистки воздуха от дисперсной фазы в циклоне и центриклоне”

Методические указания к лабораторной работе №24 «определение отношения молярных теплоемкостей c p / c V воздуха методом адиабатического расширения» iconМетодические указания к лабораторной работе №6 Исследование и изучение...
Исследование автоматических выключателей. Методические указания к лабораторной работе №6 по дисциплине "Электрические и электронные...

Методические указания к лабораторной работе №24 «определение отношения молярных теплоемкостей c p / c V воздуха методом адиабатического расширения» iconМетодические указания к лабораторной работе №11 Тиристорный пускатель...
Нхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. Методические указания к лабораторной работе №11 по дисциплине "Электрические и электронные...

Методические указания к лабораторной работе №24 «определение отношения молярных теплоемкостей c p / c V воздуха методом адиабатического расширения» iconМетодические указания к лабораторной работе по дисциплине «Инженерная геология»
Типы горных пород. Изучение (описание и определение) основных разновидностей осадочных, магматических и метаморфических пород по...

Методические указания к лабораторной работе №24 «определение отношения молярных теплоемкостей c p / c V воздуха методом адиабатического расширения» iconМетодические указания к лабораторной работе №2 Рекомендовано к изданию...
Методические указания предназначены в помощь для практического изучения конструкции цилиндрических редукторов, содержат краткое описание...

Методические указания к лабораторной работе №24 «определение отношения молярных теплоемкостей c p / c V воздуха методом адиабатического расширения» iconМетодические указания к фронтальной лабораторной работе по физике...
Методические указания к фронтальной лабораторной работе по физике “Электроизмерительные приборы”. Ростов-на-Дону: Издательский центр...

Методические указания к лабораторной работе №24 «определение отношения молярных теплоемкостей c p / c V воздуха методом адиабатического расширения» iconМетодические указания и задания к лабораторной работе для студентов...
Методические указания предназначены для самостоятельной подготовки и выполнения лабораторной работы с топографической картой студентами...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов