Главная | Обратная связь

Работа № 2. Определение плотности воздуха.

 

Цель работы: экспериментальное определение плотности воздуха при нормальных условиях.

Приборы и принадлежности: вакуумный насос с электроприводом, вакуумная тарелка с краном и манометром, барометр – анероид, термометр, баллон для взвешивания воздуха, весы технические, разновес.

 

Теоретические основы метода и

описание экспериментальной установки

 

Плотностью газа называется физическая величина, равная отношению массы газа к его объему:

 

.

 

В системе СИ плотность измеряется в кг/м³. Так как плотность газа зависит от температуры и давления, то принято значение плотности газов записывать для нормальных условий, т. е. для температуры и давления .

Пусть - занимаемый массой воздуха при нормальных условиях, тогда плотность воздуха при этих условиях можно вычислить по формуле:

 

. (1)

 

Воздух в лаборатории находится, как правило, в условиях, отличных от нормальных. Для нахождения в данной работе масса воздуха определяется взвешиванием, а объем этой массы при нормальных условиях вычисляется из уравнения газового состояния по известному объему при температуре и давлению воздуха во время проведения опыта.

Допустим, в некотором сосуде находится воздух массой при температуре и давлении (атмосферном). Откачаем из него насосом часть воздуха до давления ; тогда масса сосуда с оставшимся в нем воздухом станет равной . Таким образом, масса удаленного воздуха , находясь в сосуде, имела парциальное давление при температуре опыта, т. е. эта масса газа имела бы давление , если бы она занимала весь объем баллона при температуре .

По уравнению газового состояния:

 

(2)

 

можно найти объем , который занимала бы при нормальных условиях удаленная часть воздуха массы :

 

. (3)

 

Подставляя (3) в формулу (1), получим:

. (4)

 

Формула (4) является окончательной для определения плотности воздуха при нормальных условиях, выраженной через непосредственно измеряемые величины.

Экспериментальная установка представлена на рис. 1. Она включает вакуумный насос Н, баллон с воздухом Б, манометр М для измерения давления воздуха в баллоне, вакуумную тарелку С с краном К и трехходовой кран Т. Схемы рабочих положений трехходового крана показаны на рис. 2: положение 1 – насос и баллон сообщены с атмосферой; положение2 – откачка воздуха из баллона; положение 3 – баллон изолирован от насоса и атмосферы.

 

Измерения и обработка результатов

 

1. Определить массу вместе с содержащимся в нем воздухом, предварительно проверив, что кран Т открыт (положение 1).

2. Соединить баллон с насосом Н через вакуумную тарелку С, снабженную манометром М, как показано на рис. 2 (положение2.

3. Проверить, что кран К вакуумной тарелки открыт (см. рис. 1), включить насос Н и выкачать из баллона воздух до давления

4. Отсоединить баллон от установки. Произвести это в следующем порядке:

а) плавно закрыть трехходовой кран Т, переведя его в положение 3 (см. рис. 2);

б) выключить вакуумный насос Н;

в) аккуратно отсоединить шланг баллона с трехходовым краном Т от вакуумной тарелки С.

5. Определить массу баллона после откачки из него воздуха.

6. По имеющейся на баллоне надписи установит его объем .

7. Измерить температуру воздуха и атмосферное давление по барометру – анероиду, находящемуся в лаборатории.

8. Опыт повторить три раза.

9. Вычислить по формуле (4) плотность воздуха при нормальных условиях , где для трех измерений) в системе СИ.

10. Вычислить среднее значение :

 

.

 

11. Вычислить абсолютную погрешность отдельного измерения

 

 

и среднюю предельную абсолютную погрешность

 

.

 

12. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 1.

 

Таблица 3

,м3	№ измерения
,К
,К
,Па
Среднее значение

 

Контрольные вопросы

1. Что называется плотностью вещества?

2. Что называется массой тела, весом тела?

3. Вывести рабочую формулу (4).

4. В каких единицах измеряется масса газа, плотность газа в системе СИ?

5. Что такое высокий, средний, и низкий вакуум?

6. В чем заключается принцип действия форвакуумного насоса?

7. Какие свойства газов лежат в основе процесса откачки?

8. В каких единицах измеряется давление в системе СИ?

 

 

"электричество и магнетизм"