Раздел 2. Молекулярная физика. Термодинамика.

Тема 2.1 Молекулярная физика. Лабораторная работа № 4. Исследование изотермического процесса.

Объем учебного времени – 2 часа.

Цель работы: экспериментальное подтверждение выполнения закона Бойля-Мариотта.

В результате выполнения лабораторной работы студенты должны

знать:

- закон Бойля - Мариотта;

уметь:

- исследовать изотермический процесс опытным путем;

- анализировать результаты исследований;

- делать выводы.

Оборудование: стеклянная трубка диаметром 40мм, стеклянная трубка диаметром 10мм закрытая с одного конца, барометр, измерительная линейка, сосуд с водой, штатив.

Правила техники безопасности (Приложение Д).

Основные теоретические положения

Для выполнения работы следует воспользоваться узкой трубкой, закрытой с одного конца. Воздух, заключенный в трубке, будет служить объектом обследования. Объем и давление воздуха можно изменять, погружая трубку в воду. При изменении объема и давления одной и той же массы газа при постоянной температуре произведение давления на объем остается неизменным,

при (закон Бойля - Мариотта)

Порядок выполнения работы

Задание I: Определить первое состояние воздуха в трубке.

1. Приготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений первого опыта:

Таблица 1

N опыта	, мм рт. ст.	V1, усл. ед.	V1

2. Измерьте длину l₁ узкой трубки и выразите объем V₁ воздуха в ней в условных единицах объема (каждый мм длины соответствует единице объема).3. Определите по барометру давление воздуха в трубке, оно равно атмосферному.

4. Вычислите произведение ответ запишите в стандартном виде.

Задание II: Определить второе состояние воздуха в трубке

1. Приготовьте таблицу 2 для записи результатов измерений и вычислений второго опыта:

Таблица 2

N опыта	h, мм.	l0, мм.	Р2, мм. рт. ст	V2, усл. ед.	P2V2

2. Погрузите узкую трубку открытым концом в сосуд с водой до дна.

3. Измерьте новый объем воздуха, находящегося в трубке, который численно равен: l₂ = l₁ – l₀, где l₀ - высота столба воды в трубке.

4. Определите давление , для этого к атмосферному давлению прибавьте давление p столба воды, которое определяется его высотой h от поверхности воды до ее уровня в трубке.

Давление следует выразить в мм рт.ст. (1мм рт. ст. соответствует 13,6 мм водяного столба),

поэтому , где h выражено в миллиметрах.

5. Вычислите произведение .

Задание III: Определить абсолютную и относительную погрешность

измерений и сделайте вывод по результатам работы (Приложении В, пример 3).

,

где В.Г. – верхняя граница (наибольшее произведение pV),

Н.Г. – нижняя граница (наименьшее произведение pV).

Задание IV: Оформить результаты измерений и вычислений в форме отчета по лабораторной работе в соответствии с Приложением Б.

Контрольные вопросы:

1. Объяснить сущность закона Бойля-Мариотта, пользуясь молекулярно-кинетической теорией.

2. Производит ли газ давление в состоянии невесомости? Объясните.

3. Задача: Для изотермического процесса построить график зависимости p от V, взяв за исходное давление 1 кг воздуха при нормальных условиях.

Форма контроля - письменный отчет.

Список рекомендуемой литературы:

1. Мякишев Г.Я. Физика 10 класс.- М.: Просвещение, 2011.- 366 с. + CR-ROM.

Лабораторная работа № 5. Определение относительной влажности воздуха.

Объем учебного времени – 2 часа.

Цель: определение опытным путем относительной влажности воздуха и точки росы для данного помещения.

В результате выполнения лабораторной работы студенты должны знать:

- устройство психрометра;

- характеристики влажности воздуха;

- формулу для определения относительной влажности воздуха;

уметь:

- определять опытным путем относительную влажность воздуха и точку росы в помещении.

Оборудование: 3 психрометра, термометр, сосуд с водой, кусочек марли, нитка.

Правила техники безопасности (Приложение Д).

Основные теоретические положения:

Относительная влажность воздуха φ показывает, сколько процентов составляет абсолютная влажность ρ_а от плотности насыщенного водяного пара ρ_н при данной температуре:

Температура, при которой воздух в процессе своего охлаждения становится насыщенным водяными парами, называется точкой росы t_p.

Порядок выполнения работы:

Задание I: Определить относительную влажность воздуха.

1. Изучите устройство психрометра с.189, 190 [1].

2. Снимите показания сухого и влажного термометров: t_c и t_вл у трех психрометров.

3. Вычислите разность их показаний: ∆t = t_c – t_вл.

4. Пользуясь психрометрической таблицей 6, c.166 [3], определите относительную влажность воздуха φ в каждом случае.

5. Вычислите среднее значение относительной влажности воздуха:

Задание II: Определить относительную влажность воздуха, используя самодельный психрометр.

1. Изготовьте самодельный психрометр, обернув нижний конец термометра марлей и закрепив ее ниткой.

2. Пропитайте марлю водой из сосуда.

3. Уберите сосуд и наблюдайте за показаниями термометра. Запишите показание термометра, когда понижение температуры прекратится.

4. Определите относительную влажность, используя психометрическую таблицу 6, с.166 [3]. Сравните результат со средним значением относительной влажности воздуха.

Задание III: Определить точку росы в данном помещении.

1. Рассчитайте среднюю температуру воздуха в помещении t_c.

2. Определите ρ_н, пользуясь таблицей 5, с.165 [3], зная t_c.

3. Получите рабочую формулу для определения абсолютной влажности ρ_а., используя формулу относительной влажности воздуха.

4. Вычислите ρ_а,,зная φ_ср и ρ_н.

5. Определите точку росы t_p для данного помещения по таблице 5,с.165 [3].

Задание IV: Вычислить абсолютную и относительную погрешности измерения относительной влажности ∆φ и δφ.

Задание V: Оформить результаты измерений и вычислений в форме отчета по лабораторной работе в соответствии с Приложением Б.

Контрольные вопросы:

1. Почему показания влажного термометра психрометра меньше показаний сухого термометра? При каком условии разность показаний термометров наибольшая?

2. Сухой и влажный термометры показывают одну и ту же температуру. Какова относительная влажность воздуха?

3. Почему после жаркого дня роса бывает более обильной?

4. Почему перед дождем наблюдается низкий полет ласточек?

Форма контроля - письменный отчет

Список рекомендуемой литературы:

1. Мякишев Г.Я. Физика 10 класс.- М.: Просвещение, 2011.- 366 с. + CR-ROM.