1.4 Методика проведения работы и описание экспериментальной установки.

В данной работе экспериментальное определение газовой постоянной воздуха осуществляется следующим образом.

В сосуде 7 в соответствии с рисунком 1.1 с неизменным объемом V содержится воздух массой при атмосферном давлении и температуре помещения . Начальные параметры его состояния связаны уравнением состояния

V= . (1.10)

После откачки части воздуха из сосуда и закрытие крана 6, его давление станет , масса , а новое состояние будет описываться уравнением

V= . (1.11)

Если экспериментально определить параметры этих равновесных состояний воздуха, то вычтя (1.11) из (1.10), можно определить газовую постоянную

= , Дж/(кг*К) (1.12)

где – разрежение (или вакуум) в сосуде, измеряемое вакуумметром в Па, – температура окружающей среды измеренная лабораторным термометром в К.

Объем сосуда V показан на стенде. Схема экспериментальной установки показана на рис. 1.1.

Экспериментальная установка состоит из точного электронного веса 8, на которой находится опытный сосуд 7, имеющий кран 6. Последний с помощью металлических (стеклянных) 4 и резиновых трубок 5 соединяется с вакуум-насосом 1 и вакуумметром 3. Между вакуум-насосом 1 и сосудом 7 подключен ресивер 2 для сглаживания пульсации давления при откачке воздуха.

1–вакуум–насос; 2–ресивер; 3–вакуумметр; 4–металлические (стеклянные) трубки; 6–кран (зажим); 7–опытный сосуд; 8–лабораторный электронный вес.

Рисунок 1.1 – Схема экспериментальной установки

1.5 Порядок проведения работы и обработка результатов эксперимента

С помощью резиновой или (стеклянной) трубки 5 отсоединяем опытный сосуд 7 от вакуумной системы. Открыв кран 6 необходимо подождать 2…3 минуты и проверить равенство весов сосуда 7, т.е. с помощью электронного веса 8 определить первоначальный вес опытного сосуда 7 заполненный воздухом . При этом давление и температура воздуха в сосуде 7, очевидно будут равны давлению и температуре окружающего лабораторного помещения , которые определяются с помощью барометра – анероида и термометра. Затем сосуд 7 с помощью резиновой (или стеклянной) трубки 5, крана 6 подключается к вакуум-насосу 1, вакуумметру 3, ресиверу 2 и проводится откачка части воздуха их сосуда 7, наблюдая за величиной разрежения по вакуумметру 3. После откачки части воздуха до заданной преподавателем величины выждать 2…3 мин. и в этом состоянии необходимо измерить вакуумметром разрежение в сосуде 7. За это время обычно устанавливается тепловое состояние сосуда с окружающей средой. Затем кран 6 закрывается, отсоединяются резиновые трубки 5 и с помощью лабораторного электронного веса 8 определяется вес (масса) сосуда 7 с учетом откаченного воздуха . При этом мы имеем меньшую массу сосуда . Тогда вес откаченного воздуха дает величину

= - , (1.13)

где – масса сосуда с краном и резиновой (или стеклянной) трубкой до начала опыта; – масса сосуда с краном и резиновой (или стеклянной) трубкой в конце опыта. Опыт повторяется при трех значениях разрежения . До начала опыта необходимо заготовить таблицу наблюдений (таблица 1.1).

Объем опытного сосуда 7: V=…. . Измерить температуру окружающей среды лабораторным термометром, а давление барометром

Таблица 1.1

Результаты измерений и обработки результатов эксперимента.

№ опыта

, К

, Па

Па

, Па

мг

кг

мг

кг

мг

кг

Дж/(кг·К)

1

2

3

Измеренные значения величин, необходимые для расчета газовой постоянной воздуха, нужно выразить в системе СИ (см. приложение Б), затем по формуле (1.12) найти и среднеарифметическое значение по данным трех опытов. Полученное среднее значение надо сравнить соответственно с расчетным по формуле (1.6) и литературными данными ( =287 Дж/(кг·К)) по формулам:

; (1.14)

. (1.15)

Максимальная относительная (приборная) погрешность в определении газового постоянного воздуха находится при использовании уравнения (1.12) с учетом применяемых в работе средств измерения по формуле

, (1.16)

где – абсолютная погрешность измерения объема опытного сосуда, ( 5* ); – абсолютная погрешность измерения давления (определяется классом точности прибора); – абсолютная погрешность измерения массы выкаченного воздуха (определяется классом точности прибора г); – абсолютная погрешность измерения температуры окружающего воздуха ( ).

Эксперимент считается проведенным удовлетворительным, если меньше или равно

Литература: 1[стр. 6-11]; 2[стр. 10-32]; 5[стр.11-14].

Контрольные вопросы:

1. Чем отличается индивидуальная газовая и универсальная газовая постоянные, связь между ними, их размерности?

2. Что такое абсолютное, барометрическое, избыточное и вакуумметрическое давления? Какими приборами они измеряются? Какое из давлений является параметром состояния и почему?

3. Что такое термический параметр состояния? Какие параметры приняты в технической термодинамике за основные и почему?

4. Какие уравнения состояния идеального газа вы знаете, размерности величин, входящих в эти уравнения?

5. Что такое рабочее тело, термодинамическая система, равновесное и неравновесное состояние, равновесный и неравновесный термодинамические процессы, обратимый и необратимые процессы?

6. Чем отличается идеальный газ от реального? Дать их определение?

7. Что называется термодинамическим процессом?

8. Какие параметры определяют тепловое состояние тела и в каких единицах они измеряются?

9. Укажите погрешность измерения, какой величины составляет максимальную долю погрешности определения газовой постоянной воздуха?

10. Дайте формулировку и напишите первый закон термодинамики в дифференциальном и аналитическом видах.