ДОСЛІДЖЕННЯ ІЗОХОРИЧНОГО ПРОЦЕСУ. ЗАКОН ШАРЛЯ

Мета роботи

Дослідження залежність тиску повітря від температури в замкненому об'ємі. Оцінити положення абсолютного нуля температур.

Завдання

1. Виміряти залежності тиску від температури повітря при його нагріванні в закритій судині.

2. Перевірити справедливість закону Шарля.

3. Оцінити значення тиску, що відповідає абсолютному нулю температури по шкалі Кельвіна шляхом обробки масиву даних за допомогою метода найменших квадратів.

Загальні відомості

Закон Шарля описує ізохоричний процесв ідеальному газі, тобто залежність тиску газу від його температури при постійному об'ємі. Він поряд із законами Бойля-Маріотта (ізотермічний процес), Гей-Люссака (ізобаричний процес), Дальтона (адитивність тиску) і Авогадро (рівність об'ємів рівних кількостей речовини в газоподібному стані) відноситься до основних газових законів. Разом вони приводять до універсального газового закону, який виражається формулою Менделєєва-Клапейрона:

рV =ν R₀T

де р – тиск порції газу,

V – її об'єм,

T – його абсолютна температура,

ν = М/m – кількість речовини в даній порції,

m – її маса,

М – молярна маса розглянутого газу,

R₀ – універсальна газова стала, значення якої залежить від вибору одиниць виміру й дорівнює 8,31 Дж /(моль ∙ К), якщо тиск виражений в Па, об'єм у м ³, кількість речовини в молях і температура в К.

Абсолютна шкала температур була встановлена В.Томсоном (лордом Кельвіном) на підставі законів Гей-Люссака й Шарля. Жак Шарль був відомий сучасникам як будівельник повітряних куль, який конкурував з більш відомими тепер братами Монгольфьє, і проводив для конструювання повітряних куль спеціальні дослідження газів. В 1787 г. він установив, що тиск будь-яких достатньо розріджених газів лінійно залежить від температури при фіксованому об'ємі.

Це співвідношення виконувалося для будь-яких кількостей будь-якого газу незалежно від його хімічної природи, у тому числі для повітря при тисках, які не дуже сильно перевищують атмосферний. Графіки, що зображують цю залежність (ізохорив осях тиск–температура), являють собою прямі лінії, що перетинають вісь температури при Т=0 К для будь-якої порції газу, як це показано на рис.1. Рівняння ізохори має вид

,

Рис. 1. Ізохорний процес у р-Т координатах

Опис експериментальної установки

Експериментальна установка складається (рис. 2) з закритої судини, до якої під’єднується диференційна манометрична трубка. У судині розташована термопара, яка під’єднується до мультиметра, що працює в режимі вимірювання температури. Судина розміщується у сосуді Дьюара (вакуумована колба) з гарячою водою (водяна баня).

Рис. 2. Експериментальна установка з дослідження ізохорного процесу.

1 – диференційна манометрична трубка; 2 – трубка; 3 – термопара; 4 – пробка; 5 – вакуумована колба з гарячою водою (водяна баня); 6 – судина; 7 – мультиметр.

Хід роботи

1. Залити гарячу воду (70-80 °С) у вакуумовану колбу.

2. Помістити склянку на водяну баню.

3. Знімати показання термопари через 2-3 градуси, та відповідні показання манометра.

4. Провести обробку результатів.

Обробка результатів.

1. Нанести експериментальні результати вимірювань тиску і температури газу в судині на графік у р-Т координатах вказуючи похибку виміру (не забудьте, що диференційний манометр показує надлишковий тиск.. Абсолютний тиск у судині є сумою його показань та атмосферного тиску).

2. За методом найменших квадратів визначити залежність р(Т), що апроксимує експериментальну залежність та нанести відповідну пряму на графік з експериментальними точками.

3. Перевірити закон Шарля.

4. Оцінити значення тиску, що відповідає абсолютному нулю температури по шкалі Кельвіна шляхом підстановки відповідної температури у отриману лінійну залежність р(Т).

Метод найменших квадратів

Коефіцієнти прямої, що відповідає найменшій сумі квадратів відхилень значень від вихідних точок визначаються за наступними формулами:

;

де: ; ; ;

Для даної роботи х₀ відповідає тиску, х₁ – температурі.

Контрольні питання

1. Сформулюйте закон Шарля.

2.Які емпіричні газові закони приводять до універсального газового закону?

3.Що таке абсолютний нуль температури?

4.Що таке диференційний манометр?

5. Які методичні похибки проведення лабораторної роботи?

Лабораторна робота №2

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: