Работа № 3. Определение показателя адиабаты методом клемана – дезорма

Цель работы: ознакомиться с газовыми процессами, определить показатель адиабаты и число степеней свободы молекул воздуха.

Оборудование: специальная установка с насосом и манометром.

Погрешность приборов: Секундомер 0,2 с; манометр 5 мм

Показатель адиабаты  является важной термодинамической величиной, характеристикой газа. Он равен отношению теплоёмкости газа при постоянном давлении C_p к теплоёмкости этого же газа при постоянном объёме C_V, то есть

.

(3.1)

Для идеального газа справедливо следующее соотношение между молярными теплоёмкостями:

,

(3.2)

причём теплоёмкость прямо пропорциональна числу степеней свободы молекул газа и не зависит от температуры:

,

(3.3)

где R = 8,31 Дж/(мольК) – универсальная газовая постоянная.

(3.4)

Задание 1. Определение показателя адиабаты атмосферного воздуха с учётом теплообмена

В этом случае, чтобы использовать уравнение и график, нужно обеспечить одинаковые начальные условия: давление р₁ и температуру Т₁. Будем считать, что второе условие заведомо выполняется, а для выполнения первого условия следует накачивать воздух в баллон до одного и того же значения H. Достаточно приемлемые результаты получаются, если производить накачивание каждый раз с атмосферного давления, в медленном темпе, с одинаковым числом качков насоса.

Таблица 3.1

Параметры	Время расширения, с
	t1 4	t2 8	t3 12	t4 16	t5 20	0
h'	50	40	35	30	25	h0 = 59
lnh'	3,91	3,69	3,56	3,40	3,22	lnh0 =4,07
H0  const	235	235	235	235	235	H0 =235

; ; ; ; .

H₀

Определим по графику lnh₀ и запишим в табл. 3.1. lnh₀=4,06 тогда h₀=59

Вычислим уточнённое значение показателя адиабаты ₀.

Оцените погрешности определения ₀ этим способом H = h = 5 мм

_ = .

Абсолютную погрешность найдём, умножив значение  = 235/177 = 1,34 на относительную погрешность:  = 1,340,078  0,104. Результат измерений в этом случае следует записать в виде

.

По полученному среднему значению показателя адиабаты вычислите экспериментальные значения числа i степеней свободы молекул воздуха

; ; из этих формул выразим число степеней свободы

тогда

Число степеней свободы для одноатомной молекулы -3 (поступательное движение в направлении трех координатных осей), для двухатомной - 5 ( три поступательных и две вращательных, т.к. вращение вокруг оси Х возможно только при очень высоких температурах),  для трехатомной -6 ( три поступательных и три вращательных).Так как воздух состоит в большей степени из азота (75,5%) и кислорода (23,1%) которые являются двухатомными молекулами то i_тер=5

> i_тер Степень не совпадения

Вывод: В данной лабораторной работе мы ознакомиться с газовыми процессами, определили показатель адиабаты из ходя из графика с абсолютной погрешностью которая равна также нашли число степеней свободы молекул воздуха экспериментальным способом и теоретическим степень несовпадения равно 17,6% данное несовпадение произошло из за погрешности прибора и человеческого фактора.