№7 ИЗУЧЕНИЕ УРАВНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА
учебно-методическое пособие по физике

No7 ИЗУЧЕНИЕ УРАВНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА

Цель работы

Экспериментально проверить утверждение о том, что для определённого количества любого газа отношение произведения значений давления на объём к температуре остаётся постоянным при любых изменениях этих параметров в равновесных термодинамических состояниях.

Оборудование

Прозрачная гибкая трубка с кранами из набора «Газовые законы», калориметр, рулетка, термометр лабораторный, штатив с двумя лапками и муфтами, барометр-анероид (один на класс).

Необходимые сведения

Объектом наблюдения является воздух в прозрачной трубке, концы которой закрыты кранами. Первое состояние воздуха получают при нагревании. Для этого один кран трубки закрывают, а второй - оставляют открытым. Трубку полностью укладывают виток к витку во внешний стакан калориметра и заливают тёплой водой так, чтобы открытый кран погрузился не более чем на 5 10 мм. Воздух в трубке из-за нагревания станет расширяться и из крана пойдут пузырьки. Как только воздух нагреется до температуры тёплой воды, их образование прекратится и кран закрывают. Температуру воздуха Т определяют по температуре воды в калориметре. Объём V, воздуха равен объёму внутренней полости трубки, а давление р, равно атмосферному, поскольку давление воды над краном можно не учитывать.

Во второе состояние воздух переводят охлаждением и сжатием. Тёплую воду в калориметре заменяют водой комнатной температуры, и верхний кран трубки открывают. Спустя 1-2 мин воздух остынет, его объём уменьшится и в трубку втянется некоторое количество воды. Затем кран опять закрывают и трубку извлекают из калори-метра. Конец трубки с водой закрепляют вертикально лапками штатива, но так, чтобы внутренний канал трубки не пере- жимался. Верхний кран открывают и наблюдают сжатие воздуха под действием водяного столба.

Во втором состоянии давление воздуха р2 равно сумме атмосферного давления раги и давления водяного столба в трубке р Объём воздуха равен V2. Температура T2 воздуха равна комнатной. Объём воздуха измеряют в единицах длины воздушного столба.

Общий вид установки на завершающем этапе опыта показан на рисунке

Рис. 11

Подготовка к работе

1. Обоснуйте возможность измерения объёма воздуха внутри

трубки по длине части трубки, которую он занимает.

2. Запишите формулу для расчёта абсолютной погрешности измерения

3. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

Ответьте на следующие вопросы. • Почему при охлаждении газа используют воду комнатной температуры, а не более холодную?

• Почему, перед тем как извлечь трубку из холодной воды, необходимо подождать 1 2 мин?

• Как и почему значение температуры тёплой воды влияет на погрешности измерения параметров воздуха?

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Измерьте барометром-анероидом атмосферное давление ратм

2. Измерьте длину L1 внутренней полости трубки.

3. Закройте один кран, уложите трубку в калориметр закрытым краном вниз. Налейте в калориметр воду с температурой 55-60 °С так, чтобы её уровень был на 3-5 мм выше открытого крана. Дождитесь установления теплового равновесия.

4. Измерьте температуру t1 воздуха в трубке.

5. Закройте верхний кран, замените воду в калориметре, откройте кран на 1-2 мин и наблюдайте за всасыванием воды в трубку.

6. Измерьте температуру t2, охлаждённого воздуха.

7. Закройте кран, извлеките трубку из калориметра, встряхните её и закрепите конец трубки с водой вертикально в штативе, как показано на рисунке.

8. Откройте верхний кран. Измерьте высоту hв, столба воды трубке.

9. Измерьте длину L2, воздушного столба после охлаждения сжатия.

10. Вычислите давление воды рв= pghв

11. Вычислите давление р2 воздуха в трубке после сжатия: p2=pатм+pв.

12. Переведите значения температур t1 и t2 в кельвины – Т1, и Т2.

13. Проверьте, выполняется ли равенство  =, используя полученные данные.

14. Вычислите значения отношений (p1L1/T1) и(p2L2/T2) и их абсолютные погрешности измерения (p1L1/T1) и (p2L2/T2)

15. Запишите результаты вычислений p1L1/T1 и p2L2/T2 в виде:

p1L1/T1= (p1L1/T1)выч  (p1L1/T1)

p2L2/T2= (p2L2/T2)выч  (p2L2/T2)

16. Определите, перекрываются ли интервалы возможных значений отношений параметров воздуха в двух равновесных термодинамических состояниях. Сделайте вывод о справедливости утверждения, сформулированного в рубрике «Цель работы».