Порядок виконання роботи

1. Налити в бюретку з поділками води і відрегулювати гвинтовим затискачем швидкість витікання крапель (приблизно одна крапля за секунду).

2. Перед початком відліку крапель зафіксувати на якій поділці знаходиться рівень води.

3. Порахувати кількість крапель, які утворюються при витіканні 2 мл об’єму рідини. Дослід повторити 5 разів.

4. Одержані результати занести в таблицю.

5. Пункти 1.,2,3,4 виконати з рідиною, поверхневий натяг якої потрібно визначити (рідину пропонує викладач).

6. Для кожного досліду обчислити коефіцієнт поверхневого натягу.

7. Обчислити похибки вимірювань.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Що таке поверхневий натяг і причини його утворення?

2. Що називається коефіцієнтом поверхневого натягу?

3. В яких одиницях вимірюють коефіцієнт поверхневого натягу?

4. Які речовини називаються поверхнево–активними і як вони впливають на поверхневий натяг?

5. Вивести робочу формулу.

6. Що таке змочування і крайовий кут?

7. Тиск Лапласа. Капілярність.

Лабораторна робота № 24

ВИЗНАЧЕННЯ ВІДНОШЕННЯ ДЛЯ ПОВІТРЯ МЕТОДОМ КЛЕМАНА–ДЕЗОРМА

МЕТА РОБОТИ: вивчення адіабатного процесу і визначення показника адіабати повітря.

ОБЛАДНАННЯ: прилад Клемана–Дезорма.

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Адіабатним процесом називається процес, який відбувається без теплообміну з навколишнім середовищем. Адіабатний процес описується рівнянням Пуасона

, (24.1)

де - тиск; об’єм; - показник адіабати. Показник адіабати визначається відношенням де теплоємність для сталого тиску, а – теплоємність для сталого об’єму.

Якщо відомі температури і тиски, то рівняння адіабати можна записати так

(24.2)

Перший закон термодинаміки для адіабатного процесу запишеться так . Теплоємність тіла - фізична величина, чисельно рівна кількості теплоти яку необхідно надати, щоб нагріти тіло на один градус Кельвіна.

.

Для однорідних речовин розрізняють теплоємність молярну та питому.

Молярна теплоємність – фізична величина, чисельно рівна кількості теплоти, необхідної для нагрівання одного моля речовини на один градус Кельвіна

.

Питома теплоємність – фізична величина, чисельно рівна кількості теплоти, необхідної для нагрівання одиниці маси речовини на один градус Кельвіна

.

Питома теплоємність позначається малою літерою с (с_V, с_р), а молярна − великою (С_V, C_p). Між ними існує зв’язок , де – молярна маса речовини.

Для газів різнять дві теплоємності: за сталого об’єму і за сталому тиску. Якщо нагрівання газу відбувається за сталого об’єму, то вся підведена до тіла теплота іде на збільшення внутрішньої енергії. Якщо ж ту саму кількість газу нагрівають в тому ж інтервалі температур при сталому тиску, то газ розширюється, а це значить, що крім теплоти, яка йде на збільшення внутрішньої енергії, потрібна ще додаткова кількість теплоти для виконання роботи розширення газу. Тому С_p>C_V. Зв’язок між С_p і C_V дається рівнянням Мейера

, (24.3)

д е R – універсальна газова стала, чисельно рівна роботі по ізобарного розширення одного моля газу, внаслідок його нагрівання на 1К. Як відомо з молекулярно – кінетичної теорії газів , а , де i – число ступенів вільності. Для одноатомних газів i = 3, для двоатомних i = 5 і для багатоатомних i = 6

Одним із методів визначення є метод Клемана − Дезорма. Він полягає в наступному;. кран К₁ з’єднує балон з насосом, а К₂ − з навколишнім середовищ-щем (рис. 24.1)

При закритому крані К₂ в балон нагнітають деяку кількість повітря і закривають кран К_1.Через деякий час внаслідок теплообміну із зовнішнім середовищем температура повітря в балоні, яка зросла при накачуванні, знизиться до температури навколишнього середовища, а тиск стане вище атмосферного на величину , де − різниця висот рідини в колінах манометра, − густина води.

Таким, чином повітря в балоні буде характеризуватись параметрами V_1, T_1, де − об’єм балона, − температура в балоні, рівна температурі навколишнього середовища. Відкриваємо кран К₂. Повітря почне швидко розширюватися. Внаслідок того, що розширення відбувається дуже швидко, процес можна вважати адіабатним. Тиск в балоні почне падати. Коли він стан рівним атмосферному, на що вкаже рівність рівнів рідини в колінах манометра, закриємо кран К₂.

Таким чином, в кінці адіабатного процесу повітря буде характеризуватись тиском і температурою . Зв’язок між параметрами повітря на початку адіабатного процесу і в його кінці можна записати, використавши рівняння (24.2)

(24.4)

Відношення температур можна виразити через відношення тисків, виходячи із таких міркувань: нова маса повітря в балоні після закриття крану К₂ має температуру , об’єм рівний об’єму балона і тиск . Внаслідок теплообміну з навколишнім середовищем температура повітря підвищується до температури навколишнього середовища . Так як об’єм постійний , то тиск при цьому також зросте і стане вище атмосферного на величину , де − різниця висот рідини в колінах манометра. Тобто відбувається ізохорний процес, для якого

(24.5)

або

(24.6)

З рівнянь (24.4) і (24.6) одержимо,

(24.7)

Прологарифмувавши рівняння (24.4) і, розв’язавши його відносно , одержимо вираз

(24.8)

Розкладемо і в ряд Маклорена і обмежимось першими двома членами , .

Підставивши одержані вирази у формулу (24.8), одержимо робочу формулу

(24.9)