1.21 «Определение молекулярной газовой постоянной методом откачки»

I. Цель работы: Определение молярной (универсальной) газовой постоянной R – константы состояния идеального газа, одинаковой для всех газов.

II. Описание установки

В

Рисунок 11 – Общий вид установки ФПТ-1-12

работе используется установка ФПТ-1-12, выполненная в виде конструкции настольного типа, общий вид установки представлен на рисунке 11. В состав установки входят блок управления 1, приборный блок 2, колба 3 и технические весы 4. На лицевой панели блока приборного установлен вакуумметр (5), термометр для измерения температуры окружающей среды (6), внутри блока установлен компрессор. Колба соединяется с выходным патрубком компрессора с помощью вакуумной трубки. На лицевой панели блока управления имеются тумблер «Сеть» для включения питания установки и кнопка «Пуск» для включения компрессора.

III. Методика измерений и расчетные формулы.

Молярную газовую постоянную можно определить из уравнения Менделеева-Клапейрона:

, (1)

где p – давление; V – объем; m – масса газа; M – молярная масса этого газа; T – абсолютная температура газа.

Все параметры газа, входящие в уравнение (1), за исключением массы газа, можно измерить непосредственно. Прямое измерения массы газа затруднено, так как взвешивание газа возможно только вместе с сосудом, в который он заключен. Поэтому для определения R из (1) необходимо исключить массу сосуда, например, с помощью рассмотрения двух состояний одного и того же газа с разными массами m₁ и m₂ при одинаковых значениях температуры T и объема V.

Из уравнений состояния (1) для двух значений массы газа можно получить следующее выражение для молярной газовой постоянной:

. (2)

Поэтому, если измерить давление p₁ и температуру Т для некоторой массы m₁ газа, заключенного в сосуде объемом V и массой m₀, а затем изменить массу газа в том же сосуде до величины m₂, например, путем откачки, и измерить давление p₂ при той же температуре Т, то по формуле (2) можно рассчитать молярную газовую постоянную.

IV. Порядок выполнения работы.

1. Включить электронные весы и измерить массу колбы с воздухом (m₀ + m₁) при атмосферном давлении р₁.

2. Включить установку переключателем «Сеть». Подключить к шлангу установки сосуд и открыть на нем кран. Включить компрессор кнопкой «ПУСК» и, удерживая кнопку нажатой, откачать воздух из колбы до давления p₂, при этом прибор измеряет разность давлений в сосуде и атмосферного. После этого, закрыв кран и выключив компрессор (отпустив кнопку «ПУСК»), отсоединить сосуд от установки и измерить его массу с воздухом (m₀ + m₂) при давлении p₂.

3. Повторить измерения не менее трех раз. Результаты записывать в таблицу 1.

4. Измерить температуру воздуха в лаборатории.

5. По окончании измерений выключить установку тумблером «СЕТЬ», выключить весы.

V. Таблица результатов измерений.

Данные вычислений занести в таблицу 1.

Молярная масса воздуха: М = 0,029 кг/моль.

Объем сосуда: V = _______________, ΔV = _____________.

Таблица 1

№ измерения	1	2	3	средние значения
m1+m0, кг
Δm1, кг
m2+m0, кг
Δm2, кг
p1, Па
Δp1, Па
p2, Па
Δp2, Па