1.3. Порядок выполнения работы

1) Установить трехходовой кран в положение 1 и накачать воздух в сосуд до тех пор, пока разность уровней воды в манометре не будет максимальной. Пережать зажимом резиновый шланг от насоса и подождать 2 – 3 мин, пока температура воздуха в сосуде не станет равной температуре окружающей среды (давление в сосуде перестанет меняться). После этого измерить разность уровней воды в манометре, результат измерения записать в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Результаты измерений и расчетов

Номер опыта	, м	, м				, %
1
2
	…	…	…
N

2) Резко повернуть трехходовой кран по ходу часовой стрелки в положение 2. Характерный шипящий звук свидетельствует о том, что воздух выходит из сосуда, а давление в сосуде понижается. В тот момент, когда уровни воды в коленах манометра сравняются, вернуть кран в положение 1. При этом давление в сосуде станет равным атмосферному, а температура в нем понизится. Через 2 – 3 мин воздух, охлажденный при адиабатическом расширении, нагреется до температуры окружающей среды. Давлению воздуха в этом состоянии будет соответствовать показание манометра h₂, записать его в табл. 1.1. Опыт повторить многократно.

3) Провести оценочный (приблизительный) расчет показателя адиабаты по формуле (1.10) и результаты расчета подписать у преподавателя.

4) Провести математическую обработку результатов измерений. При этом следует учесть, что если первоначальное показание манометра на установке можно воспроизвести (в пределах инструментальной погрешности манометра), то математическая обработка результатов измерений должна быть выполнена по правилам косвенных измерений. Если на лабораторной установке первоначальный результат не воспроизводится, то следует провести многократные измерения различных показаний и манометра, рассчитывая каждый раз по формуле (1.10) значение _i. Затем необходимо выполнить математическую обработку результатов по правилам косвенных измерений, если условия эксперимента невоспроизводимы ([2], подразд. 3.2). (Первый путь обработки результатов измерений логически более предпочтителен, однако второй проще.)

5) Вычислить теоретическое значение  для воздуха по формуле (1.4), полагая, что воздух является двухатомным газом, и сравнить экспериментальный и теоретический результаты с табличными данными [3; 4].

6) По результатам расчетов сделать вывод.

1.4. Контрольные вопросы

1) Дать определение каждому изопроцессу, графически представить изопроцессы на различных термодинамических диаграммах. Привести примеры практической реализации изопроцессов в какой-либо физической системе.

2) Число степеней свободы. Сформулировать закон равномерного распределения энергии по степеням свободы. Дать определение внутренней энергии идеального газа.

3) Сформулировать первое начало термодинамики для всех изопроцессов.

4) Пользуясь первым началом термодинамики, получить уравнение адиабаты (уравнение Пуассона) и записать его в координатах и .

5) Чем объясняется появление облачка тумана у горлышка бутылки с охлажденным шампанским сразу после ее быстрого открывания?

6) Дать определения и указать единицы измерения удельной и молярной теплоемкостей. Как связаны между собой удельная и молярная теплоемкости?

7) Вывести формулы для молярных теплоемкостей при постоянном давлении и постоянном объеме, найти их разность для одного моля газа. Почему C_p больше C_V ?

8) Доказать, что отношение удельных теплоемкостей газа при постоянном давлении и постоянном объеме равно отношению его молярных теплоемкостей. В каких пределах может изменяться это отношение?

9) Зависят ли теплоемкость газа и показатель адиабаты от температуры? Ответ пояснить.

10) Объяснить причины охлаждения и нагревания воздуха в сосуде в процессе проведения опыта. Изобразить происходящие термодинамические процессы на диаграмме состояний.

Лабораторная работа 2