Лабораторная работа № 6 определение отношения удельной теплоемкости воздуха при постоянном давлении к его удельной теплоемкости при постоянном объеме

Удельной теплоемкостью вещества называется физическая величина, численно равная количеству тепла, которое надо сообщить единице массы вещества, чтобы увеличить ее температуру на 1 К.

Для газов молярная теплоемкость при постоянном давлении   больше, чем теплоемкость при постоянном объеме  . Это объясняется тем, что при нагревании газа при  одна часть подводимой теплоты тратится на увеличение температуры газа, а другая часть идет на совершение работы газом по расширению в атмосферу.

Состояние любого газа характеризуется тремя параметрами: Р  давлением; V  объемом и Т  температурой. Из практики известно, что газовые законы, устанавливающие взаимосвязь между параметрами газа при различных процессах, хорошо описывают те процессы, которые происходят в реальных газах и воздухе при нормальных условиях.

Адиабатическим называется процесс, протекающий без теплообмена между термодинамической системой и окружающими ее внешними телами, т.е. система не получает и не отдает тепло. Уравнение первого закона термодинамики для адиабатического процесса имеет вид

,

(1)

где dU  приращение внутренней энергии системы; Р  давление, dV  приращение объема газа.

Связь между параметрами Р, V и Т идеального газа при адиабатическом процессе устанавливается уравнениями Пуассона

(2)

где  ;    молярная теплоемкость при постоянном давлении;.   молярная теплоемкость при постоянном объеме. Всякое быстрое изменение объема газа можно с достаточным приближением считать процессом адиабатическим и, применив к нему законы адиабатического расширения, можно вычислить отношение удельных теплоемкостей:   для воздуха.

 уравнение Пуассона:

,

(3)

где  .

Величины   и   малы сравнительно с единицей, поэтому, разложив оба двучлена по биному Ньютона и ограничиваясь членами первого порядка малости, получим

или

.

(6)

Переход из второго состояния в третье состояние произошел без изменения объема, поэтому для описания взаимосвязи параметров этих состояний можно применить уравнение Гей-Люссака

.

(7)

Подставим значение   в уравнение (7) и решим это уравнение относительно 

,

.

(8)

Полученное значение для   совпадает с левой частью уравнения (6), следовательно, уравнение (6) можно записать в виде

.

(9)

Из (9) находим значение отношения молярных теплоемкостей:

.

(10)

Лабораторная работа № 8 изучение цепи постоянного электрического тока

Электрическим током называется направленное движение заряженных частиц. Различают ток проводимости и конвекционный ток. Ток проводимости возникает в проводящих телах. В металлах он создается электронами, в полупроводниках  электронами и дырками, в электролитах  ионами, в ионизированном газе  электронами и ионами.

В отсутствие электрического поля электроны совершают беспорядочное движение и через поперечное сечение металлического проводника результирующий перенос заряда равен нулю.

При наличии внутри проводника электрического поля на беспорядочное движение электронов накладывается их направленное движение. В результате через поперечное сечение металлического провода будет происходить перенос электрического заряда и возникает электрический ток.

Если количество заряда, переносимое через поперечное сечение проводника не изменяется во времени, то в проводнике идет постоянный электрический ток.

Физическая величина, количественно характеризующая электрический ток, идущий по проводнику, называется силой тока I. Если за промежуток времени tчерез поперечное сечение проводника прошел заряд q, то сила постоянного тока

.

(1)

И з (1) следует, что сила тока численно равна электрическому заряду, прошедшему через поперечное сечение проводника в единицу времени. Единицей измерения силы тока является ампер (А).

сопротивление R участка цепи АВ.

или

.

(2)

Равенство (2) называется законом Ома для участка цепи. Сопротивление участка цепи зависит от материала проводника, его длины, площади поперечного сечения, температуры. Единица измерения потенциала или разности потенциалов U есть воль (В). Единица измерения сопротивления R носит название ОМ (Ом).

Один Ом есть сопротивление проводника, по которому протекает ток силой в 1 А, если на его концах разность потенциалов U = 1 В. На рис. 2 показано схематическое обозначение сопротивления.

П ри прохождении в цепи электрического тока происходит столкновение электронов с положительными ионами металла, в результате чего выделяется тепло. Количество выделенного тепла Q за время t определяется законом ДжоуляЛенца

	.	(3)

Пусть А_ст  работа сторонних сил по перемещению положительного заряда q на участке цепи, где действуют сторонние силы, т.е. в источнике тока. Отношение величины А_ст к заряду q называется электродвижущей силой источника тока  (ЭДС).

 = А_ст/q. (4)

ЭДС измеряется в вольтах и является важнейшей характеристикой источника тока. Другой характеристикой является его внутреннее сопротивление r. Сам источник тока называется внутренним участком цепи, а остальная ее часть  внешним участком.

На рис.3 показано схематическое обозначение источника тока.

П олная цепь постоянного тока показана на рис. 4.

В такой цепи в соответствии с законом Джоуля Ленца выделяется количество теплоты

.

(5)

По закону сохранения энергии это количество тепла равно работе сторонних сил

Q = А_ст. (6)

Из (4) следует, что А_ст =   q, а из (1) имеем

.

Подставляя эти значения и выражение (5) в (6), получаем

,

или, сокращая на  , имеем

.

(7)

Формула (7) называется законом Ома для полной (замкнутой) цепи.

Д ля измерения силы тока служит прибор, называемый амперметром. При измерениях амперметр А включают в цепь последовательно, т.е. чтобы весь измеряемый ток проходил через прибор (см. рис. 5 на стр. 62).

Амперметр должен иметь весьма малое по сравнению с сопротивлением всей цепи сопротивление. В этом случае включение амперметра не изменит существенным образом силу тока в цепи.

Д ля измерения напряжения между двумя точками цепи служит прибор, называемый вольтметром. При измерении вольтметр включают параллельно тому участку цепи, на концах которого хотят измерить разность потенциалов (рис. 6).

На рис. 6 вольтметром измеряется разность потенциалов (напряжение) на концах М и Nсопротивления R.

Для того, чтобы включение вольтметра существенно не изменяло ток в сопротивлении R (рис. 6), сопротивление вольтметра должно быть велико по сравнению с R.