Физические основы эксперимента
По сути: Теплоемкостью вещества называется количество теплоты, необходимое для нагревания его на 1К:
Теплоемкость одного моля вещества называется молярной:
Теплоемкость единицы массы называется удельной :
Здесь Из двух последних формул следует, что Теплоемкость газовзависит от характера протекающих в них процессов. Согласно первому началу термодинамики, теплота
При постоянном объеме работа не совершается, поэтому теплота идет только на изменение внутренней энергии. При постоянном давлении требуется теплоты больше, чем при постоянном объёме, так как часть её идёт на совершение работы. Следовательно, теплоемкость при постоянном давлении Если произвести расчеты
где R= 8,31 Молярные теплоемкости могут быть выражены через число степеней свободы Тогда Для одноатомных газов (He, Ne, Ar): Для двухатомных газов (O2, N2, воздух): Для многоатомных газов(CO2, CH4, C2H2): Методика экспериментального определения Если теперь открыть кран К, то часть воздуха быстро выйдет из сосуда, то есть произойдет адиабатический процесс расширения, вследствие кратковременности протекания процесса и низкой теплопроводности стеклянного баллона теплота не успеет поступить в баллон, и работа расширения произойдет за счет уменьшения внутренней энергии. Поэтому температура воздуха понизится до Т. Параметры воздуха в конце адиабатического расширения, то есть в состоянии 2 будут равны: Если в момент установления атмосферного давления закрыть кран, то воздух будет нагреваться при постоянном объёме до комнатной температуры за счет поступления теплоты через стенки баллона, и давление будет повышаться. В конце этого процесса установится давление Отметим, что пунктирная кривая 1-3-3' является изотермой. Примечание. Нетрудно видеть, что в ходе эксперимента масса газа в баллоне меняется и всегда больше первоначальной массы
В состояниях 1 и 3 температура одинакова, поэтому из уравнения Менделеева-Клапейрона следует: Параметры состояний 1 и 2 связаны с уравнением Пуассона для адиабатического процесса:
Принимая во внимание, что
Однако на практике очень трудно совместить закрытие крана с моментом окончания адиабатического процесса. Если задержать закрытие крана на некоторое время, то воздух будет расширяться вследствие нагревания при постоянном атмосферном давлении (2 -2´на рис.2). Если спустя некоторое время кран закрыть, то воздух будет нагреваться при постоянном объеме до комнатной температуры (изохора (2-3') на рис.2). При этом значение избыточного давления меньше, чем
где Проведя опыт несколько раз с различными временами задержки t, и построив график Рис.3. Зная Если время задержки t значительно больше времени адиабатического расширения, тогда его с достаточной точностью можно считать полным временем открытия крана.
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|