- •Лабораторна робота №11 Експериментальне дослідження розподілу електронів за швидкостями
- •Лабораторна робота № 12 Визначення деяких молекулярно-кінетичних характеристик повітря Мета роботи.
- •Прилади та обладнання
- •Коротка теорія.
- •Хід виконання роботи
- •Обчислити:
- •Контрольні питання
- •Визначення коефіцієнта в'язкості рідини методом Стокса.
- •Визначення сталої адіабати повітря атмосфери.
- •Хід виконання роботи та обробка результатів вимірювання.
- •Методика обробки результатів вимірювання
- •Визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідини
- •Хід виконання роботи
- •Визначення сталої Больцмана
- •Хід виконання роботи
- •Методика обробки результатів вимірювання
- •Контрольні запитання
Визначення сталої Больцмана
Мета роботи.
Виміряти сталу Больцмана, використовуючи рівняння стану ідеального газу Клапейрона—Менделеева.
Прилади та обладнання
-
термостатованнй скляний балон мicткicтю 15—20 л,
-
медичний шприц на 1—2 см3,
-
лабораторний термометр,
-
водяний манометр,
-
eфip
Коротка теорія
Стала Больцмана визначає зв'язок внутрішньої енергії молекули ідеального газу з його температурою Т (див.Додаток §25). За теоремою Больцмана про рівнорозподіл енргії молекули по ступеням свободи слідує що на кожну поступальну і обертову ступені свободи приходиться енергія рівна , а на коливальну ступінь - kT. Тоді повна енергія молекули становить . Множник k - стала Больцмана, і-кількість ступенів свободи молекули, T - температура газу.
В роботі визначення сталої Больцмана грунтується на використанні рівняння стану ідеального газу
, (1)
де n - концентрація газу в балоні.
Установка для визначення сталої Больцмана k приведена на Мал.1. Вона складається з балона -1, манометра - 2, шприца з вмонтованою у пробку балона голкою -3, термопари - ТП, мілівольтметра mV.
Ізотермічна зміна стану газу у балоні проводиться шляхом вприску в нього невеликої кількості ефіру масою me та об'ємом Ve. За законом Дальтона збільшення тиску в балоні дорівнює парціальному тискові вприснутого в нього ефіру
(2).
Концентрацію ефіру в балоні обчислимо через густину e і об'єм балона V в очевидний спосіб
. (3)
З (3) слідує
. (4)
Підставляючи (4) в (2) знайдемо
. (5)
Парціальний тиск визначається зміною рівнів рідини манометра h
, (6)
де густина манометричної рідини.
Підставляючи (6) в (5) одержимо
, (7)
де
(8)
Хід виконання роботи
1. Забезпечити надійне термостатування балона прозорим теплозахисним екраном.
2. Наповніть медичний шприц з голкою одним-двома кубічними сантиметрами ефіру (). Зніміть з шприца голку і вставте його в голку 2 балона.
3. Натискуючи на поршень шприца, введіть ефір в балон. Для герметизацї балона шприц залиште в голці.
4. Після випаровування ефіру зафіксуйте врівноважену різницю рівнів рідини в колінах манометра h і величину температури T. Занесіть до Таблиці значення ; систематичні похибки V, T, h; параметри сталої В.
5. Дослід повторити 7 разів, кожний раз дозуючи різні об'єми ефіру, який вводиться в балон.
Методика обробки результатів вимірювання
1.Обчислити величину сталої Больцмана за формулою (8), застосовуючи метод статистичної обробки результатів посередніх вимірювань в Mscrosoft Excel.
2.Границю довірчого інтервалу обчислити за формулою
.
3.Результати обчислень записати у вигляді
4.Знайдене середнє значення величин k порівняти з табличним, зробити висновки.
Контрольні запитання
1. Який фізичний зміст універсальної газової сталої?
2. Наведіть закони, в яких фігурує стала Больцмана.
3. Які джерела похибок в цій роботі?
Література
1.Клименко В.М., Клименко А.П. Буквар курсу загальної фізики. Частина 1.