Практикум по курсу общей физики по специальностям "География", "Природопользование", "Геоэкология". Миловидова С.Д - 32 стр.

UptoLike

Рубрика: 

32
уровней в манометре h установится только тогда , когда температура
воздуха внутри баллона сравняется, благодаря теплопроводности стенок , с
температурой окружающего воздуха.
Обозначим через Т
1
термодинамическую температуру окружающего
воздуха и через р
1
- давление газа внутри сосуда , соответствующее
показанию манометра h
1
. Очевидно, давление, установившееся в баллоне ,
будет равно
,
01
hpp
+
=
(15)
где р
0
- атмосферное давление (конечно , при этом р
0
и h
1
должны быть
выражены в одинаковых единицах). Эти два параметра Т
1
и р
1
характеризуют состояние газа , которое мы назовем первым состоянием
газа .
Если теперь быстро открыть кран, то воздух в баллоне будет
расширяться адиабатически, пока давление его не сделается равным р
0
;
при этом он охладится до температуры Т
2
. Это будет второе состояние
газа : Т
2
и р
0
.
Если сразу после открывания снова закрыть кран, то давление
внутри баллона начнет возрастать вследствие того, что охладившийся при
расширении воздух в баллоне станет снова нагреваться. Возрастание
давления прекратится, когда температура воздуха в баллоне сравняется с
внешней температурой Т
1
. Обозначим давление воздуха в баллоне в этот
момент через р
2
и соответствующее показание манометра - через h
2
. Это
будет третье состояние газа : Т
1
и р
2
. Ясно , что
.
202
hpp
+
=
(16)
Применяя законы изохорических и адиабатических процессов,
рассмотренных выше, можно получить простую формулу для нахождения
отношения удельных теплоемкостей воздуха:
.
21
1
hh
h
= γ
(19)
Выполнение работы
С помощью трехходового крана Д баллон может соединяться с
воздушным насосом , с атмосферой либо перекрываться совсем .
Для проведения измерений кран ставят в положение, при котором
воздух нагнетается в баллон с помощью насоса . Когда разность уровней в
манометре достигает 20-25 делений шкалы манометра , отключают баллон
от насоса и атмосферы . После того как давление окончательно
установится, производят отсчет h
1
- разности уровней жидкости в обоих
коленах манометра (если нуль шкалы манометра находится внизу , то h
1
определяется как разность уровней в манометре; если нуль шкалы
находится в середине , то берется сумма показаний манометра по обе
стороны от нуля). Затем производят на некоторый момент сообщение
баллона с атмосферой и быстро его перекрывают (рекомендуется
перекрывать баллон сразу после прекращения звука выходящего воздуха).
Когда давление окончательно установится, производят второй отсчет по
манометру - h
2
.
Опыт следует повторить не менее десяти раз, меняя всякий раз h
1
.
                                            32
у ровней в ма нометре h у ста новится тольк о тогда , к огда темпера ту ра
воз ду ха вну три ба ллона сра вняется, благода ря теплопроводности стенок , с
темпера ту рой ок ру ж а ю щ его воз
                                   ду ха .
       О боз начим черезТ 1 термодина мическ у ю температу ру ок ру ж а ю щ его
воз ду ха и через р 1 - да вление га з     а вну три сосу да , соответству ю щ ее
пок а за нию ма нометра h1. О чевидно, да вление, у ста новивш ееся в ба ллоне,
бу детравно                                    p1 = p0 + h,                          (15)
где р0 - а тмосферное да вление (к онечно, при этом р 0 и h1 долж ны бы ть
вы ра ж ены в одина к овы х единица х). Эти два па ра метра Т 1 и р 1
ха рак териз   у ю т состояние га з   а , к оторое мы на з     овем первы м состоянием
га за.
         Е сли теперь бы стро отк ры ть к ра н, то воз             ду х в ба ллоне бу дет
ра сш иряться а диа батическ и, пок а да вление его не сдела ется равны м р 0;
при этом он охла дится до температу ры Т 2. Это бу дет второе состояние
га за : Т 2 и р0.
         Е сли сра з  у после отк ры ва ния снова з         а к ры ть к ра н, то да вление
вну три ба ллона на чнет воз      ра стать вследствие того, что охла дивш ийся при
ра сш ирении воз       ду х в ба ллоне ста нет снова на грева ться. В оз          раста ние
да вления прек ра тится, к огда темпера ту ра воз          ду ха в ба ллоне сра вняется с
внеш ней темпера ту рой Т 1. О боз        начим да вление воз      ду ха в ба ллоне в этот
момент черезр2 и соответству ю щ ее пок а з            а ние ма нометра - черезh2. Это
бу деттретье состояние га з      а : Т 1 и р2. Ясно, что            p2 = p0 + h2 . (16)
         П рименяя з     а к оны из  охорическ их и а диа ба тическ их процессов,
ра ссмотренны х вы ш е, мож но полу чить просту ю форму лу для на хож дения
отнош енияу дельны х теплоемк остей воз            ду ха :
                                            h1
                                   γ =           .                                   (19)
                                         h1 − h2
                               В ы пол нение раб оты
       С помощ ью трехходового к ра на Д ба ллон мож ет соединяться с
воз ду ш ны м на сосом, с а тмосферой либо перек ры ва тьсясовсем.
       Д ля проведения из    мерений к ра н ста вят в полож ение, при к отором
воз ду х на гнета ется в ба ллонс помощ ью на соса . К огда ра з  ность у ровней в
ма нометре достига ет 20-25 делений ш к а лы ма нометра , отк лю ча ю т ба ллон
от на соса и а тмосферы . П осле того к а к да вление               ок онча тельно
у ста новится, произ  водят отсчет h1 - раз   ности у ровней ж идк ости в обоих
к олена х ма нометра (если ну ль ш к а лы ма нометра находится вниз        у , то h 1
определяется к ак ра з    ность у ровней в ма нометре; если ну ль ш к а лы
на ходится в середине, то берется су мма пок а з       а ний ма нометра по обе
стороны от ну ля). За тем произ       водят на нек оторы й момент сообщ ение
ба ллона с а тмосферой и бы стро его перек ры ва ю т (рек оменду ется
перек ры ва ть ба ллонсра з  у после прек ращ ения з ву к а вы ходящ его воз  ду ха ).
К огда давление ок онча тельно у ста новится, произ      водят второй отсчет по
ма нометру - h2.
       О пы тследу етповторить не менее десяти ра з     , меняявсяк ий ра зh1.