Подготовка к работе

1. Физические понятия, величины, законы, знание которых необходимо для успешного выполнения работы:

• макроскопические и микроскопические параметры;

• давление, основное уравнение молекулярно-кинетической теории;

• тепловое движение атомов и молекул, температура, измерение температуры;

• количество вещества, закон Авогадро;

• состояние термодинамической системы, уравнение состояния;

• термодинамическое равновесие, квазиравновесный и неравновесный процесс;

• идеальный газ, уравнение Менделеева-Клапейрона;

• изопроцессы;

• реальный газ, уравнение Ван-дер-Ваальса.

2. Покажите в рабочей тетради как связаны друг с другом уравнения (1) и (3).

3. Расчетное задание.

• Рассчитайте число молей воздуха , если известно, что мл, Па, К, где – номер бригады, – номер студента по алфавиту в бригаде.

• В объёме мл при температуре К находится молей азота. Значение возьмите из предыдущего расчёта. Считая азот в заданных условиях идеальным газом, определите его давление . Также определите реальное давление азота . Для расчёта воспользуйтесь уравнением состояния Ван-дер-Ваальса:

,

где и – постоянные Ван-дер-Ваальса. Для азота они равны Па*м⁶/моль² и м³/моль. Определите по формуле относительную погрешность давления, допущенную в предположении, что азот – это идеальный газ.

Примечание. Пункты 2, 3 выполните письменно при подготовке к лабораторной работе.

Литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики : в 5 кн. : кн. 3. Молекулярная физика и термодинамика. – М.:АСТ: Астрель, 2007. – §§ Введение, 1.1, 1.3, 1.7, 1.8, 1.13, 2.5.

2. Иродов И.Е. Физика макросистем. Основные законы / И.Е.Иродов. – 3-е изд., стереотипное. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. – §§ Введение, 1.1, 1.3, 1.7.

3. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Учеб. пособие: Для вузов. В 5 т. Т.II. Термодинамика и молекулярная физика. – 4-е изд., стереот. – М.: ФИЗМАТЛИТ; Изд-во МФТИ, 2003. – §§ Введение, 1, 3, 4, §§ 7-9, 31, 97, 98.

Приложение Определение углового коэффициента линейной зависимости и оценка погрешности углового коэффициента

Расчёт углового коэффициента и его погрешности выполняют, построив прямые, аппроксимирующие экспериментальную зависимость. Эти прямые должны иметь максимально и минимально возможные значения углового коэффициента и при этом проходить через поля «допусков» всех экспериментальных точек. Методику можно реализовать в полуавтоматическом режиме, используя возможности программы «Measure». Рассмотрим, как это выполняют на примере графика :

1. На панели инструментов нажмите кнопку «Обзор» (рис. 7). На экране появится инструмент определения точных координат двух любых точек координатной плоскости, а также расчёта приращения абсциссы и ординаты этих точек (рис. 7).

Обзор Таблица координат точек (1) и (2) (1) (2) Поля «допусков» ● ● Таблица (1э) (2э)

Рис. 7. График экспериментальной зависимости от с включённым инструментом Обзор. На рис. схематично показаны поля «допусков» 2-х экспериментальных точек 1э и 2э.

2. Выберите окно, на котором показана зависимость всех измеренных величин от номера измерения (надо щёлкнуть по окну, которое появилось сразу после окончания эксперимента). На панели инструментов нажмите кнопку «Таблица» (рис. 7). Появится окно с измеренными и рассчитанными значениями. Выберите первую экспериментальную точку 1э в области малых значений аргумента, вторую точку 2э в области больших значений. Перепишите в тетрадь значения объёма , величины и давления в этих точках. Закройте окно с таблицей данных. Выберите щелчком мыши окно с графиком .

3. Рассчитайте погрешность величины . Для расчета используйте формулу погрешности косвенных измерений: .

3. Рассчитайте координаты левого верхнего края поля «допусков» 1-й экспериментальной токи (точка 1 на рис. 7). Эти координаты равны . Подведите с помощью мыши точку (1) инструмента «Обзор» в это место, контролируя координаты по таблице инструмента «Обзор» (рис. 7).

4. Рассчитайте координаты правого нижнего края поля «допусков» 2-й экспериментальной токи (точка 2 на рис. 7). Эти координаты равны . Подведите с помощью мыши точку (2) инструмента «Обзор» в точку .

5. Рассчитайте минимальный угловой коэффициент , где значения и возьмите из таблицы инструмента «Обзор» (рис. 7).

6. Определите − максимальный угловой коэффициент. Для этого рассчитайте координаты нижнего правого края поля «допусков» 1-й экспериментальной токи. Эти координаты равны . Подведите с помощью мыши точку (1) инструмента «Обзор» в это место.

7. Рассчитайте координаты левого верхнего края поля «допусков» 2-й экспериментальной точки. Эти координаты равны . Подведите точку (2) инструмента «Обзор» в точку .

8. Рассчитайте , где значения и возьмите из таблицы инструмента «Обзор» (рис. 7).

9. Определите и . Задайте результат Па*м³.

В приведённом методе определения не учитывается погрешность измерения промежуточных экспериментальных точек. Это допустимо, если анализируемая зависимость линейна. При существенных отклонениях от линейности возникшие «выбросы» следует не учитывать или эксперимент необходимо повторить.

1 При нормальных условиях атмосферное давление – p₀=101325 Па, температура – T₀=273,15 К (0° С).

2 Один моль любого вещества содержит одинаковое число молекул. Это число N_A = 6,02213*10²³ моль^-1 называется постоянной Авогадро.

3 В частности при нормальных условиях объём одного моля V₀ = 22,41 л/моль.

4 В случае изохорного и изобарного процессов окно вкладки «Каналы» будет отличаться от рис. 2а. Об этих изменениях будет сказано при настройке соответствующего процесса.

5 Для полупроводникового датчика.

6 После нагревания установка остывает медленно. В этой связи необходимо выполнить либо упражнение 2, либо упражнение 3 по выбору преподавателя.

7 Нагреватель в сеть может быть подключён через регулятор мощности. В этом случае рекомендуется на регуляторе мощности выставить уровень 9. Нагрев воды до 360 К происходит при этом примерно за 10 минут.

8 См. примечание Error: Reference source not found на стр. 9.

13