2. Устройство и принцип действия экспериментальной установки

В состав экспериментальной установки входят соединенные между собой: стеклянны баллон СБ, водяной манометр ВМ, воздушный насос ВН, стеклянны кран СК используется для соединения баллона СБ с воздухом в комнате или с насосом ВН.

В исходном состоянии баллон СБ соединен с воздухом в комнате (давление , температура ).

Для обеспечения условий адиабатического процесса быстро накачиваем воздух в баллон СБ с помощью насоса В. Процесс накачки воздуха в баллон рассматривается как адиабатическое сжатие воздуха в баллоне. Давление в баллоне больше давления . Это обусловлено увеличением массы воздуха в баллоне и повышением температуры сжатого воздуха. Уровень воды в правом колене манометра повышается.

Рис. 2

Затем происходит охлаждение сжатого воздуха, что вызывает снижение давления . При равенстве температуры сжатого воздуха с воздухом в комнате разность в положениях водяного столба в левом и правом коленах манометра будет определяться только разностью давлений воздуха. Процесс охлаждения воздуха – изохорный . Открыв кран и заметив через некоторый промежуток времени, что вода в правом и левом коленах оказалась на одном уровне, закрываем кран.

Выход сжатого воздуха из баллона рассматривается как адиабатическое расширение воздуха. Затем в баллоне происходит нагревание воздуха до тех пор, пока температура воздуха в баллоне и комнате не сравняется. При этом разность уровней в правом и левом коленах манометра показывает разность давлений. Процесс нагревания воздуха в баллоне является изохорным .

Для расчета показателя адиабаты согласно выражения (5) необходимо определить разность положения уровня воды в манометре при изохорном охлаждении воздуха и изохорном нагревании воздуха .

3. Порядок выполнения работы

1. Соединить баллон СБ с воздухом в комнате. Уровни воды в правом и левом коленах манометра сравняются.

2. Соединить баллон СБ с воздушным насосом ВН через кран СК и накачать воздух в баллон. Закрыть кран.

3. В установившемся состоянии (перемещение уровня воды прекращается) по шкале манометра ВМ снять показания (рис. 3). Единицей измерения является: мм вод. cтолба.

Рис. 3

4. Соединить баллон СБ с воздухом в комнате. Уровни воды в коленах сравняются. Закрыть кран.

5. В установившемся положении по шкале манометра снять показания .

6. Используя программу «адиабата», рассчитать по формуле (5) значение показателя адиабаты .

7. Повторить измерения 3 раза, рассчитать среднее значение показателя адиабаты , среднюю абсолютную и среднюю относительную погрешности.

8. Результаты измерений и вычислений занести в табл. 1.

Таблица 1.

№ п/п	, мм вод. ст.	, мм вод. ст.
1
2
3
4
5

9. Определить время установления термодинамического равновесия при изохорном охлаждении воздуха в баллоне. Для этого произвести измерения согласно п. 2 задания и в момент закрытия крана включить секундомер. С интервалом в 5 с произвести замеры в течение 50 с. Полученные данные внести в табл. 2 и с помощью программы «адиабата» построить график зависимости . По графику определить (рис. 4).

Таблица 2

, с	5	10	15	50
, мм вод. ст.

Рис. 4

10. Определить время установления термодинамического процесса при изохорном нагревании воздуха в баллоне. Для этого произвести измерения согласно п. 4 и в момент закрытия крана включить секундомер. С интервалом в 5 с произвести замеры в течение 50 с. Полученные результаты внести в табл. 3. С помощью программы «адиабата» построить график зависимости . По графику определить .

Таблица 3

, с	5	10	15	50…
, мм вод. ст.

Рис. 5