ФИЗИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ*

Практическая работа № 3

Тема. Изучение одного из изопроцесса. Опытная проверка процесса ізобарного

Цель: научиться исследовать изобарный процесс и проверить выполнение закона Гей-Люссака.

Оборудование: стеклянная трубка длиной 60 см и диаметром 8-10 мм, запаянная с одного конца; цилиндрический сосуд высотой 60 см и диаметром 40-50 мм, наполненный горячей водой (t -50 °С); стакан с водой комнатной температуры; пластилин; линейка; термометр.

Теоретические сведения

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном давлении называют ізобарним (от греческого слова «барос» - вес). Изобарный процесс описывается законом Гей-Люссака, который является следствием уравнения состояния идеального состояния при р = const и имеет вид:

что эквивалентно

Чтобы проверить закон Гей-Люссака, необходимо измерить объем и температуру газа в двух состояниях при постоянном давлении и сравнить отношение V1/V2 и T1/T2. Это можно сделать, используя воздух при атмосферном давлении.

Рис. 1

Стеклянную трубку открытым концом вверх погружают почти полностью на 3-5 мин в цилиндрический сосуд с горячей водой (рис. 1, а). В этом случае объем воздуха V1 равен объему стеклянной трубки, а температура - температуре горячей воды Т1. Это первое состояние воздуха. Чтобы во время перехода воздуха в второе состояние его количество не изменилось, открытый конец трубки, находящийся в горячей воде, закрывают пластилином. После этого трубку вынимают из горячей воды и закрытый пластилином конец быстро погружают в стакан с водой комнатной температуры (рис. 1, б), а затем под водой снимают пластилин.

По мере охлаждения воздуха в трубке вода в ней будет подниматься. После прекращения подъема воды в трубке давление воздуха в ней установится в зависимости от уровней воды в стакане и в трубке. Чтобы давление в трубке был равный атмосферному, нужно выровнять уровни воды в стакане и в трубке (рис. 1, в). В этом случае объем воздуха в трубке будет равна V2 V1, а температура равна комнатной температуре Т2 Т1. Это будет второе состояние воздуха в трубке.

Отношение объемов по воздуха в трубке в первом и втором состояниях можно заменить отношением длин столбов воздуха в двух состояниях, потому что сечение трубки одинаков по всей ее длине Поэтому в работе следует сравнить отношение Длину воздушного столба измеряют линейкой, а температуру - термометром.

ХОД РАБОТЫ

1. Подготовить тетрадь к работе (также начертить таблицу).

2. Подготовить стакан с водой комнатной температуры и сосуд с горячей водой.

3. Измерить длину l1 стеклянной трубки и температуру горячей воды t1 в цилиндрической емкости.

4. Стеклянную трубку открытым концом вверх погружают почти полностью на 3-5 мин в цилиндрический сосуд с горячей водой (рис. 1, а) и закрыть ее герметично кусочком пластилина.

5. Трубку вынимают из горячей воды и закрытый пластилином конец быстро погружают в стакан с водой комнатной температуры (рис. 1,6), а потом под водой снимают пластилин.

6. После того как уровень воды в трубке установится, нужно путем изменения глубины выровнять уровни воды в трубке и стакане (рис. 1, в).

7. Измерить длину l2 воздушного столба и температуру воды t2 в стакане с водой.

8. Вычислить отношение l1/l2 и T1/T2, относительные (ε1 и ε2) и абсолютные (Δ1 и Δ2) погрешности измерений этих отношений по формулам:

где Δl = 1,5 мм и ΔT = 1,5 К.

9. Сравнить отношение l1/l2 и T1/T2 и сделать записи вычислений в таблицу.

10. Сделать вывод о справедливости закона Гей-Люссака.

Контрольные вопросы

1. Почему после погружения трубки в стакан с водой комнатной температуры вода в трубке поднимается?

2. Почему в случае, когда уровни воды в стакане и в трубке одинаковые, давление воздуха в трубке равно атмосферному?

3. От чего зависит точность выполнения закона Гей-Люссака?