Изучение изотермического процесса

Работа 17. Изучение изотермического процесса (10 класс)
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучить взаимосвязь давления газа в сосуде от объема при постоянной температуре.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ
Состояние идеального газа при неизменном количестве (числе молей) определяют
три параметра: объем V, давление p и температура T, которые связаны уравнением
состояния идеального газа:
pV 
m
RT ,
M
где m – масса газа, М – молярная масса, R – универсальная газовая постоянная, T –
температура газа по шкале Кельвина. Поэтому при фиксированной температуре газа
произведение давления газа на его объем оказывается постоянной величиной для
постоянной массы газа.
ОБОРУДОВАНИЕ
 Одноразовый шприц на 20 мл с резиновым уплотнением поршня
 Датчик давления
 Регистратор данных
 КПК (или ПК)
СБОРКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Сборка установки сводится к максимально плотному соединению датчика давления с
выходным патрубком пластикового шприца.
Затем следует соединить датчик давления с регистратором данных, а регистратор
данных или идентифицировать с помощью беспроводной связи на карманном компьютере
(рис. 1), или соединить Регистратор данных с настольным ПК, на котором открыть
программу MultiLab.
Рис. 1
ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ИЗМЕРЕНИЙ
Далее следует установить параметры измерения.
 Параметр замеров – 1 раз в 10 с.
 Длительность – вручную.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Установите поршень шприца на отметке 5 мл и присоедините выходное отверстие
шприца к датчику давления.
2. Запустите процесс измерения давления. После протекания 10 с на графике в
программе MultiLab появится отрезок графика, соответствующий атмосферному
давлению. Если вы работаете с настольным ПК, то одновременно увидите и начало
заполнения таблицы данных. Сразу после его появления следует, не отсоединяя
шприц от датчика, сместить поршень в шприце на 2 мл и остановиться. Через 10 с
после регистрации первой точки на графике появится отрезок экспериментальной
зависимости, соответствующий переходу от давления при объеме V=5 мл, к
давлению газа в шприце при объеме V=7 мл.
3. Так следует зарегистрировать по точкам график зависимости давления от объема
воздуха в шприце, увеличивая каждые 10 с объем воздуха на 2 мл от 5 до 20 (около
7 точек).
4. Сохраните результаты эксперимента.
ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
1. Для обработки результатов их лучше перенести на настольный компьютер.
2. Далее следует подобрать преобразование функции p(V) (опция «Мастер анализа» в
верхнем меню), которое приведет к линеаризации графика (график p(V)–V) должен
стать прямым. Подобрать вид функции поможет знание уравнения состояния
идеального газа (см. выше).
3. Если удастся провести линеаризацию графика, то определите тангенс угла наклона
прямой и на основании этого найдите массу воздуха в шприце.
4. Если не удастся провести линеаризацию, установите с какой точностью можно
считать постоянным произведение давления газа на объем в ходе проведенного
вами процесса. В выводах укажите, укладывается эта погрешность в погрешность
измерения объем в шприце, а также иные причины, повышающие погрешность
ваших измерений.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ОПРОСА И ЗАЩИТЫ ЛР
1. Что такое идеальный газ?
2. Можно ли воздух при нормальных условиях считать идеальным газом? почему?
3. Какие параметры определяют состояние идеального газа?
4. Уравнение состояния идеального газа. Как выглядит функция p(V) при постоянной
температуре? Что можно сказать о произведении давления и объема газа в
изотермическом процессе?
5. Что такое абсолютная температура?
6. При постоянной температуре объем газа уменьшили в три раза. Как при этом
изменится давление?
7. При постоянном объеме газ нагрели так, что его абсолютная температура
увеличилась на 20%. Как при этом изменится давление?
ОТЧЕТ
Отчет выполните в виде электронного документа в текстовом редакторе. Он должен
содержать:
 формулировку цели,
 основные формулировки физических законов, описывающих изучаемое явление
(формулы с пояснениями),
 фотографию или рисунок установки для проведения опыта,
 значения измеряемых величин в виде таблицы,
 графики зависимости измеряемых величин от времени и др.,
 результаты расчетов,
 выводы.