Практическая часть.

1. При закрытом кране нагнетают воздух в баллон до тех пор, пока разность уровней не достигнет до 60-120 мм.

2. Отсчет h₁ производится через некоторое время, когда температура в баллоне станет равной температуре окружающей среды, (когда уровень жидкости в манометре перестанет смещаться).

3. Производят адиабатическое расширение.

4. Через некоторое время после того, как пройдет теплообмен производится отсчет разностей уровней h₂.

5. Опыт повторяют 5-6 раз и результаты заносят в таблицу испытаний.

6. По формуле находят погрешность.

№ опыта	h1	h2	γ	γ ср	Δγ	σ	f %
1. 2. 3. 4. 5.

Чтобы произвести адиабатическое расширение, быстро открывают и закрывают кран, чтобы на некоторое мгновение в баллоне установилось атмосферное давление, но теплообмен с окружающий средой произойти не успел.

Описание к работе по определению отношения удельных теплоемкостей

Удельная теплоемкость численно равна количеству теплоты, которое нужно сообщить единице массы газа, чтобы увеличить его температуру на 1 градус. Для газа эта величина зависит от условий, при котором происходит нагревание. Можно производить нагревание при постоянном объеме V=const или при постоянном давлении P=const. При нагревании газа при постоянном объеме, все (Q) количество теплоты идет на увеличение внутренней энергии газов

dQ=dU=CvdT

При нагревании газа при постоянном давлении, кроме теплоты идущей на повышение внутренней энергии газа, необходима теплота еще для совершения работы газа на его расширение dA=P·dV. Непосредственное измерение Сp, и особенно, Сv экспериментально затруднительно т.к. теплоемкость газа составит ничтожную долю теплоемкости сосуда, заключающего газ, поэтому измерение будет чрезвычайно неточно. Проще измерить величину: _. Это отношение теплоемкости входит в уравнение Пуассона, описывающего адиабатические процессы: (1)

Поэтому для определения его предполагается метод адиабатического расширения. Отношение зависит от числа степеней свободы молекул, из которых состоит газ:

где i –число степеней свободы молекул

Численное значение (i) различно для одноатомных, двух или трех атомных чисел газов, равно соответственно числу степеней свободы, для одноатомного i=3, 2-х атомного i=5, многоатомного i=6. В настоящей работе определяется для воздуха (2-х атомный) i=5.

Метод определения γ, используемый в настоящей работе, основан на законе адиабатического расширения. Процесс, происходящий без теплообмена между системой и средой, называется адиабатическим. В стеклянный баллон при помощи насоса накачивают воздух, создавая внутри баллона давление выше атмосферного. Давление, установившееся в баллоне P₁=Н+h₁, где H-атмосферное давление, h₁-добавочное давление, измеряемое разностью уровней жидкости в манометре. Таким образом, состояние воздуха внутри баллона, которые назовем I состоянием, характеризуется параметрами: P₁=H+h₁; V₁; T₁.

Если открыть на короткое время кран С, то воздух в баллоне будет расширяться. Этот процесс расширения можно назвать адиабатическим. Давление в сосуде установиться равным атмосферному, температура газа понизится до T₂. Следовательно в конце адиабатического процесса, называемого II состоянием, параметры будут H; V₂; T₂.

Применяя к I и II состояниям уравнение (1), получим:

; (2)

Охладившийся при расширении воздух в баллоне через некоторое время вследствие теплообмена нагревается до температуры внешней среды Т, давление возрастает до некоторой величины P₂=H+h_2, где h₂- новая разность уровней в манометре, объем воздуха не изменяется и будет равен V_2, т.к. в I и II состояниях воздух имеет одну и ту же температуру (процесс изотермический), то применяя закон Бойля – Мариотта:

P₁V₁= P₂ V₂; (H+h₁)V₁=(H+h₂)V_2.

(3)

возведя обе части уравнения (3) в степень γ;

(4)

пользуясь выражением (2) и (4), получим:

(5)

логарифмируя последнее выражение и решая относительно γ, получим:

, (6)

т.к. давления Н, Н+h₁ и Н+h₂ мало отличаются друг от друга, то разности логарифмов можно принять пропорциональными разностям самих давлений и приближенно положить:

; .

Таким образом, экспериментальное определение сводится к измерению h₁ и h₂.

Молярные теплоемкости и связаны уравнением Майера:

.

Удельные теплоемкости: , , где μ- молярная масса, - универсальная газовая постоянная.