ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Теплоемкость и коэффициент Пуассона газаСодержание
1. Цель работы……………………………………………………………4 2. Теоретическая часть….……………………………………………….4 2.1. Теплоемкость и коэффициент Пуассона газа……………………...4 2.2. Метод Клемана-Дезорма……………………………………………6 3. Экспериментальная установка……….………………………………9 4. Порядок выполнения работы………………………………………..11 5. Требования к отчету…………………………………………………12 6. Контрольные вопросы……………………………………………….13 Список литературы…..……………………………………………...14
Лабораторная работа № 24 ИЗУЧЕНИЕ ГАЗОВЫХ ЗАКОНОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПУАССОНА ГАЗА МЕТОДОМ КЛЕМАНА – ДЕЗОРМА Цель работы Изучение различных процессов изменения состояния газа и определение коэффициента Пуассона воздуха.
Теоретическая часть Теплоемкость и коэффициент Пуассона газа Удельной теплоемкостью вещества называется величина, равная количеству теплоты, которую надо передать единице массы этого вещества для увеличения его температуры на 1К, а молярной теплоемкостью – количество теплоты, которое необходимо сообщить одному молю вещества для нагревания его на 1К. Если при сообщении телу количества теплоты δ Q его температура увеличится на dT градусов, то по определению удельная теплоемкость С будет равна: , (2.1) где m – масса тела, а молярная теплоемкость – , (2.2) где ν – количество молей вещества. Удельная и молярная теплоемкости газов зависят как от природы газа, так и от условий его нагревания. Это непосредственно следует из первого закона термодинамики, согласно которому количество теплоты, переданное системе, равно сумме изменения ее внутренней энергии du и совершенной ею работы δ А над внешними телами: . (2.3)
Изменение внутренней энергии идеального газа однозначно определяется его начальным и конечным состояниями, тогда как совершаемая газом работа зависит от характера происходящего с ним процесса и может быть любой по величине и по знаку. Поэтому и теплоемкость газа в зависимости от вида процесса может иметь любое значение. Однако для конкретного процесса как молярная, так и удельная теплоемкость газа имеет строго определенное значение и является однозначной характеристикой газа. Нагревание газа при постоянном объеме не сопровождается совершением работы (δ А = 0), и вся сообщенная теплота идет на изменение его внутренней энергии, которая в соответствии с законом равнораспределения энергии теплового движения по степеням свободы молекул газа при изменении его температуры на dT равно: , (2.4) где R – газовая постоянная; а i – сумма числа поступательных, числа вращательных и удвоенного числа колебательных степеней свободы молекул газа. В условиях, с которыми сталкиваются на практике, последнее можно исключить, поскольку колебательное тепловое движение в молекулах возбуждается только при достаточно высоких (больше 1000 К) температурах и полагать i = 3 для одноатомных молекул, i = 5 – для линейных молекул и i =6 – для остальных. Следуя (2.2), (2.3) и (2.4), получаем, что молярная теплоемкость газа при постоянном объеме равна: . (2.5) При нагревании газа на dT градусов при постоянном давлении им будет совершаться работа
, (2.6) и его молярная теплоемкость при постоянном давлении оказывается равной . (2.7)
Отношение теплоемкости газа при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме называют коэффициентом Пуассона газа или показателем адиабаты газа и обозначают как правило буквой γ: . (2.8) Из (2.5) и (2.7) следует, что коэффициент Пуассона газа определяется только числом степеней свободы его молекул: . (2.9)
2.2. Метод Клемана – Дезорма Метод определения коэффициента Пуассона газа, предложенный Клеманом и Дезормом, основывается на измерении параметров состояния газа после происходящих с ним адиабатного и изохорного процессов, которые на диаграмме P – V рис.2.1 представлены соответственно участками 1 – 2 и 2 – 3.
Если в сосуд, который может через кран сообщаться с атмосферой, подкачать воздух и подождать до установления теплового равновесия с окружением, то после этого воздух в сосуде будет иметь некоторое давление Р 1, превышающее атмосферное давление Р 0 на некоторую величину Δ Р 1, и температуру Т 1, равную температуре окружающей среды Т 0. Если теперь на короткое время открыть кран, то давление в сосуде упадет до атмосферного, а температура понизится до некоторой Т 2. При этом какая-то масса воздуха из сосуда быстро выйдет, а оставшийся воздух, занимавший часть сосуда объемом V 1, займет весь объем сосуда V 2, т.е. этот воздух из состояния 1 с параметрами и Т 1 = Т 0 перейдет в состояние 2 с параметрами Р 2 = Р 0, V 2 и Т 2. Этот переход происходит настолько кратковременно, что воздух в сосуде не успевает получить тепло от окружающей среды, поэтому его можно считать адиабатным процессом, подчиняющимся закону Пуассона:
или , (2.10) согласно которому . (2.11) После закрытия крана охлажденный вследствие адиабатного расширения воздух в сосуде начнет нагреваться при постоянном объеме (процесс 2 – 3) за счет притока тепла извне. В итоге он займет состояние 3 с температурой, равной температуре окружающей среды (Т 3= Т 0). При этом давление его повысится до . Для изохорного процесса можно применить закон Шарля: . (2.12) Учитывая, что Т 1 = Т 3= Т 0, а Р 2 = Р 0, из уравнений (2.11) и (2.12) имеем: . (2.13) Логарифмируя это равенство, получаем:
, (2.14)
откуда . (2.15)
Если избыточные давления Δ Р 1 и Δ Р 3 значительно меньше атмосферного Р 0, то «1 и «1. В этом случае можно воспользоваться тем, что при х «1 ≃ х и представить уравнение (2.15) в более простом виде:
. (2.16)
При измерении избыточных давлений с помощью жидкостного U – образного манометра:
и , (2.17)
где r – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения, а H и h – соответствующие Δ Р 1 и Δ Р 3 разности высот уровней жидкости в коленах манометра. Подставляя (2.17) в (2.16), получаем следующую расчетную формулу для γ при малых избыточных давлениях: . (2.18)
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|