Описание установки и метода изучения процесса
Молекулярную газовую постоянную можно определить из уравнения Менделеева-Клапейрона:
,
(17.4)
где р − давление; V − объем; т − масса газа; М − молярная масса этого газа; Т − абсолютная температура газа.
Все параметры газа, входящие в уравнение (17.4), можно измерить непосредственно, за исключением массы газа, так как взвешивание газа возможно только вместе с сосудом, в который он заключен. Поэтому для определения R из (17.4) необходимо исключить массу сосуда. Это можно сделать рассмотрев уравнение состояния двух масс т1 и т2 одного и того же газа при неизменных температуре Т и объеме V.
Рассмотрение уравнения состояния (17.4) для двух значений массы газа дает следующее выражение для молярной газовой постоянной:
.
(17.5)
Следовательно, если определить давление р1 и температуру Т для некоторой массы т1, заключенной в сосуде объемом V, а затем изменить эту массу до величины т2 (например, путем откачки) и вновь определить давление р2 при той же температуре Т, то по формуле (17.2) можно рассчитать молярную газовую постоянную.
Рис. 17.3.
Установка ФПТ-1-12 представляет собой конструкцию настольного типа (рис. 17.3), состоящую из блока управления 1, лока приборного 2, колбы 3, установленной на весах 4
На лицевой панели блока приборного имеются вакуумметр (5), термометр для измерения температуры окружающей среды (6), внутри блока расположен компрессор. Колба установлена на весах и соединена с вакуумметром вакуумной трубкой. Соединение компрессора со штуцером измерительного блока осуществляется с помощью вакуумной трубки.
Порядок выполнения работы
Подать напряжение питания на электронные весы и включить установку тумблером «СЕТЬ». При этом загорается сигнальная лампа.
С помощью электронных весов определить массу колбы с воздухом (т0 + т1) при давлении р1 = р0 (вакуумная трубка отсоединена от колбы, кран открыт, давление в колбе равно атмосферному). Результаты измерений занести в таблицу 17.1.
Взять колбу в руки и аккуратно подсоединить к ней вакуумную трубку. Включить компрессор кнопкой «ПУСК» и, удерживая кнопку нажатой, откачать воздух из колбы до давления р2 = р0 – р' (вакуумметр 5 фиксирует давление откачки р'). Отпустить кнопку «ПУСК», закрыть кран, отсоединить вакуумную трубку. Определить массу колбы с воздухом (т0 + т2) при давлении р2. Давление откачки р' выбирается произвольно из диапазона (- 0,3) – (- 0,8) бар.
Открыть кран колбы.
Таблица 17.1
№ опыта |
т0 + т1, кг |
р', бар |
т0 + т2, кг |
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
|
|
4 |
|
|
|
5 |
|
|
|
6 |
|
|
|
Повторить п.п. 3,4 ещё 5 раз для различных значений давления откачки, занося результаты измерений в таблицу 17.1.
Измерить температуру воздуха в лаборатории.
Выключить установку тумблером «СЕТЬ».