Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.В данной работе Вам предоставлен стандартный прибор для изучения газовых законов из комплекта оборудования кабинета физики.
Соберите экспериментальную установку: плотно закройте колбу пробкой, вставьте штуцера в отвод колбы, в одну из соединительных трубок вставьте манометр, установите поршень шприца на отметке 60 мл и вставьте его в другую трубку штуцера. Медленно изменяйте объём воздуха в шприце и наблюдайте за показаниями манометра. Выясните: есть ли утечка воздуха из Вашей установки. Если есть, то устраните её и приступайте к основной части задачи.
Используйте следующие обозначения:
– начальный внутренний объём установки (объём колбы + объём воздуха в шприце (60мл) + объем штуцера и соединительных трубок); – атмосферное давление; – разность давление в колбе и атмосферного давления (показания манометра); – давление воздуха в установке; – давление насыщенного водяного пара. – объем воздуха в части шприца, соединенной с колбой; – полный объем шприца.
Во всем задании давление измеряйте в мм рт. ст.; объем в мл.
Влажностью комнатного воздуха пренебрегайте.
Во всех частях данного задания кратко опишите в какой последовательности Вы проводили измерения (начальные условия, последовательность изменения параметров, измеряемые величины).
В теоретических расчетах, где это разумно, принимайте. Что
1.1 Укажите, чему равно атмосферное давление во время проведения экспериментов.
Запиши показание барометра в момент эксперимента и укажи единицы измерения.
Атмосферное давление надо просто записать как измеренное значение
- Сними показание барометра в начале серии измерений.
- Укажи полученное значение как
в мм рт. ст. - Приведи его с нужными единицами и датой/временем измерения.
1.1 Все измерения проведены при атмосферном давлении
1.2 Получите теоретическую формулу описывающую зависимость разности давлений
Нарисуй начальное и конечное состояния газа в приборе: укажи начальные и конечные давление и объемы газа в установке и шприце. Подумай, какие параметры процесса можно считать постоянными при неизменной температуре.
Запиши связь между начальными и конечными состояниями идеального газа при изотермическом процессе (соответствующее равенство для давления и объёма начального и конечного состояний).
- Обозначь начальное давление и объём полной системы до присоединения шприца и конечные значения через
, , , (учти, что при начальном положении шприца используется ). - Запиши равенство, связывающее произведения давления на объём для начального и конечного состояний.
- Преобразуй это равенство, представив отношение объёмов в виде дроби и учтя, что
, чтобы разложить дробь в ряд по малому параметру. - Вырази
из полученного соотношения (остановись до выполнения окончательной алгебры и подстановки чисел).
1.2 Используя закон Бойля – Мариотта, запишем для газа в приборе
Проведем преобразование уравнения (2), полагая изменение объема малым:
1.3 Проведите измерения зависимости разности давлений
1.3 В начале измерений поршень находился на отметке
Таблица 1.
| 60 | 0 | 0 | 0,0 |
| 55 | 2 | 2 | 2,0 |
| 50 | 5 | 8 | 6,5 |
| 45 | 16 | 14 | 15,0 |
| 40 | 21 | 20 | 20,5 |
| 35 | 25 | 26 | 25,5 |
| 30 | 37 | 34 | 35,5 |
| 25 | 42 | 40 | 41,0 |
| 20 | 48 | 48 | 48,0 |
| 15 | 56 | 54 | 55,0 |
| 10 | 62 | 60 | 61,0 |
| 5 | 72 | 68 | 70,0 |
| 0 | 76 | 76 | 76,0 |
Экспериментальный тур.
21
Полученная зависимость с высокой точностью линейна, поэтому использование приближения (3) оказывается оправданным.
1.4 Используя полученные экспериментальные данные. Найдите внутренний объем установки
1.4 Из формулы (3) следует, что коэффициент наклона данной зависимости равен
2.1 Укажите точное значение температуры воды.
Измерь температуру воды в колбе термометром и зафиксируй её перед началом серии замеров.
Запиши измеренную температуру как точное значение
- Определи, где именно измеряешь температуру (вода/воздух над водой) и зафиксируй положение датчика.
- Дай одно значение температуры, при котором проводились основные замеры, и укажи единицы.
- Укажи погрешность измерения (шкала термометра).
2.1 Измерения проведены при температуре
2.2 Измерьте зависимость разности давлений
2.2 Измерения проводились в том же порядке, что и в п.1.2. Результаты измерений приведены в таблице 2 и на графике мм рт. ст. 60 30 56 40 20 0 120 0 0102030405060 dV, мл.
| 60 | 0 |
| 50 | 19 |
| 40 | 38 |
| 30 | 56 |
| 20 | 76 |
| 10 | 98 |
| 0 | 120 |
Экспериментальный тур.
22
2.3 Используя полученную экспериментальную зависимость, рассчитайте давление насыщенных паров воды при данной температуре воды.
Учитывая, что над водой в колбе действует насыщенный пар, подумай, как это влияет на уравнение из части 1.
Применяй закон Бойля–Мариотта к сухой составляющей воздуха: теперь «эффективное» атмосферное давление равно
- Запиши уравнение типа
, где . - Подставь экспериментальный наклон
и известный (выраженный через и ) в это уравнение. - Реши алгебраически полученное уравнение для давления насыщенного пара
. - Выразите
из полученной системы.
2.3 Полученная зависимость также оказалась близка к линейной. Потому можно воспользоваться выводом, проведенным в п.1.2. Только необходимо учесть, что:
– объем занимаемый воздухом уменьшился на объем налитой воды
– полученное уравнение описывает изменения давление сухого воздуха, которое в данном случае оказывается меньше атмосферного на величину давления водяного пара
В данном случае коэффициент наклона экспериментальной зависимости оказался равным
Окончательно находим, что
3.1 Измерьте зависимость разности давлений
Зависимость давления насыщенного водяного пара
где
Молярная масса воды
3.1 Результаты измерений зависимости разности давлений от температуры при описанной методике эксперимента приведены в Таблице 3 и на графике.
Таблица 3.
| 63,9 | 150 |
| 63,5 | 140 |
| 63,2 | 130 |
| 62,0 | 120 |
| 61,9 | 110 |
| 60,3 | 100 |
| 59,3 | 90 |
| 58,7 | 80 |
| 57,0 | 70 |
| 56,5 | 60 |
| 55,5 | 50 |
Экспериментальный тур.
23
3.2 Используя полученные экспериментальные данные, рассчитайте удельную теплоту испарения воды.
3.2 Выразим удельный объем водяного пара из уравнения Менделеева - Клапейрона
и подставим его в уравнение Клапейрона – Клаузиуса:
Из этого выражение находим, что удельная теплота испарения выражается формулой:
Для расчета по этой формуле требуется найти производную от давления насыщенного пара по температуре. Ее можно найти по результатам измерений зависимости разности давлений от температуры.
Для этого запишем уравнение Клапейрона для сухого воздуха, содержащегося в колбе:
Здесь
Из уравнения (11) находим
Теперь не сложно найти требуемую производную
Из графика полученной зависимости находим, что коэффициент его наклона равен
При средней температуре диапазона
Тогда, окончательно получим для удельной теплоты испарения
Найденное значение всего на 30% процентов превышает табличное значение.
Экспериментальный тур.
24
Похожие задачи
Определение собственного объёма сыпучих тел.
Оборудование: Шприц одноразовый 60 мл, манометр с верхним пределом измерения 300мм. рт. ст., колба с отводом, пробка резиновая с термометром, штуцер …
У Р Б П ≈3/5 Э2
Адиабатное и изотермическое сжатие
Оборудование: Шприц одноразовый
Уравнение теплового баланса
Приборы и оборудование: Термометр электронный, калориметр, мензурка, стаканы одноразовые, цилиндр металлический.
В данном задании вам необходимо …
Закон Пуазейля
В данной задаче вам предстоит исследовать протекание газа через тонкую капиллярную трубку.
Значение атмосферного давления будет указано во время …
Насыщенный пар
В данной работе вам предстоит исследовать зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры. Напоминаем – эта зависимость не линейна …
У Р Б П ≈4/5 Т2
Газ под поршнем
В горизонтальном цилиндрическом сосуде под легкоподвижным поршнем находится сухой воздух. Площадь поперечного сечения сосуда равна