2. Метод определения показателя адиабаты.

Метод определения показателя адиабаты, предложенный Клеманом и Дезормом, основывается на изучении параметров газа, переходящего из одного состояния в другое двумя последовательными процессами - адиабатным и изохорным. Эти процессы на диаграмме (рис.1) изображены кривыми соответственно 1-2 и 2-3. Если в баллон, соединенный с открытым водяным манометром, накачать воздух и подождать до установления теплового равновесия с окружающей средой, то в этом начальном состоянии 1 газ имеет параметры , причем температура газа в баллоне равна температуре окружающей среды , а давление немного больше атмосферного.

Е сли теперь на короткое время соединить баллон с атмосферой, то произойдет адиабатное расширение воздуха. При этом воздух в баллоне перейдет в состояние 2 и его давление понизится до атмосферного . Обратите внимание, что на рис.1 состоянию 1 соответствует только та часть воздуха, которая в состоянии 2 осталась в баллоне, заняв объём . При этом его температура понизится до .

Поскольку процесс 1 - 2 - адиабатный, к нему можно применить уравнение Пуассона (11´):

Отсюда

В дальнейшем охлажденный из-за адиабатного расширения воздух в баллоне будет нагреваться (процесс 2-3) до температуры окружающей среды при постоянном объеме . При этом давление в баллоне возрастает до . Поскольку процесс 2-3 - изохорный, к нему можно применить закон Шарля:

отсюда

(13)

Из уравнений (12) и (13) получим:

Прологарифмируем:

Поскольку избыточные давления и очень малы по сравнению с атмосферным давлением и учитывая, что при , будем иметь:

откуда

(14)

Избыточные давления и измеряют с помощью U-образного манометра по разности уровней жидкости с плотностью :

(15)

Из (14) и (15) получим расчетную формулу для определения :

(16)

Экспериментальная установка

Рис. 2

Для определения отношения теплоемкостей воздуха предназначена экспериментальная установка ФПТ1-6, общий вид которой показан на рисунке 2.

Установка размещена на стойке 1 и состоит из стеклянной колбы, соединенной с открытым водяным манометром 2. Воздух нагнетается в колбу микрокомпрессором, размещенным в блоке рабочего элемента 3. Микрокомпрессор включается тумблером "Воздух", установленным на передней панели блока приборов 4. Тумблер "Атмосфера" 5 , расположенный на панели блока рабочего элемента, в положении "Открыто" позволяет соединять колбу с атмосферой.

Порядок выполнения работы

1. Включите установку тумблером «Сеть». Включите тумблер «ВОЗДУХ» и накачайте в трубку воздух дo тех пор, пока разность уровней в столбах водяного манометра достигнет приблизительно 200 - 250 мм и выключите тумблер «ВОЗДУХ». При этом воздух в трубке слегка нагреется (так как процесс происходил адиабатный). За счёт теплообмена с окружающей средой температура воздуха в трубке начнёт уменьшаться ( при этом разность уровней воды в манометре так же будет уменьшаться). Спустя 2-3 мин температура воздуха в трубке сравняется с комнатной (при этом разность уровней воды в манометре изменяться перестанет и избыточное давление станет равным ,то есть пропорциональным h₁ ). Запишите величину h₁ в таблицу 1.

2. Поверните до щелчка по часовой стрелке клапан «АТМОСФЕРА». При этом часть воздуха из трубки выйдет наружу и так как процесс расширения газа будет опять адиабатным, температура воздуха в трубке станет ниже температуры окружающей среды. Через некоторое время температура воздуха в трубке опять станет равной комнатной (при этом разность уровней воды в манометре изменяться перестанет), избыточное давление увеличится и станет равным , то есть пропорциональным h₂). Запишите величину h₂ в таблицу 1.

3. Опыт проделайте 5 раз, при этом величину h₁ уменьшайте каждый раз приблизительно на 15 - 20 мм. Полученные результаты h₁ и h₂ занесите в таблицу 1.

Таблица 1

№ пп	мм.вод.ст.	мм.вод.ст.
1
2
3
4
5

4. Выключите установку тумблером «СЕТЬ».