vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Экспериментальная установка

Вид экспериментальной установки представлен на рис.4

10 9

Рис.4. Вид экспериментальной установки при изучении

закона Бойля –Мариотта и закона Шарля.

Основной деталью установки является шприц (1) с плунжером (поршнем) (2). Выходное отверстие шприца через уплотняющую трубку герметично соединяется с датчиком давления (4) при изучении законов Бойля –Мариотта и Шарля или с датчиком температуры (5) при изучении закона Гей –Люссака. При перемещении плунжера меняется объем воздуха в шприце и соответственно меняется давление. Для предотвращения утечки воздуха плунжер смазан машинным маслом. Датчики давления и температуры подсоединены к универсальной измерительной установке Кобра3 (6),которая в свою очередь при помощи информационного кабеля подсоединена к компьютеру.

Шприц находится в стеклянном кожухе (7), в который заливается вода. С помощью нагревателя (8) воду можно нагревать, а, следовательно, и менять температуру воздуха в шприце. В правое верхнее отверстие кожуха вставлена термопара (9) , которая также подсоединена к измерительной установке. Внутрь кожуха с водой помещена магнитная мешалка, которую с помощью магнита (10) можно перемещать и тем самым перемешивать нагреваемую воду для равномерного распределения температуры.

Порядок выполнения работы

(при изучении закона Бойля –Мариотта)

Включите компьютер и измерительную установку Кобра3.

Запустите программу «measure», выберите в меню «Приборы» команду «Кобра3.

Идеальный газ». На экране монитора появится окно для установки необходимых параметров

(рис.5).

Выберите вкладку «Каналы» и установите параметры, как показано на рис. 5. Выберите вкладку «Начало/Конец» и установите параметр «Получить значение нажатием клавиши».

4

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Выберите вкладку «Другие установки». Вид окна для этой вкладки показан на рис.6.

В этом окне выберите « Цифровой дисплей 1» (даже если этот дисплей уже отмечен галочкой, сбросьте ее и снова отметьте). В появившемся окне «Параметры дисплея» выберите «Давление». Аналогично – «Цифровой дисплей 2», параметры дисплея -

«Температура», остальные дисплеи отключить.

Выберите

Рис.5. Установка параметров в окне «Каналы»

Рис.6. Установка параметров в окне «Другие установки»

«Диаграмма 1». Появится окно, показанное на рис.7. Для «Канал» выберите параметр «Давление», для «Ось Х» диапазон – «1-20» и для «Режим» - «не автодиапазон».

5

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Выберите функцию «Калибровать». Введите значение температуры воды в кожухе, измеренное термометром, который помещается в левое верхнее отверстие стеклянного кожуха (предварительно отвинтив пробку). Не забудьте перевести полученное значение температуры в градусы К. Введите значение давления, измеренное с помощью барометра (в гПа, г≡гекто≡102). Нажмите «Калибровать», затем «Далее». На экране появится окно,

показанное на рис.8.

Рис.7. Установка параметров в окне «Другие установки»

(для «Диаграмма1»)

Сохраните начальное значение объема («Сохранить значение») в окне «Кобра 3 -

измерение». Выдвигая поршень, постепенно увеличивайте объем воздуха приблизительно до 70 ml с интервалом в 1 ml (так как поршень смазан маслом, берите его за самый конец

правой рукой, а левой рукой держите стеклянный кожух). При каждом новом изменении сохраняйте значение объема («Сохранить значение») в окне «Кобра 3 - измерение».

6

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис.8. Вид экрана перед началом измерений.

После выполнения всех измерений ( 20 значений объема) щелкните на команде «Закрыть». На экране появятся графики зависимостей давления, объема, температуры и обратного объема (1/V) от номера измерения (n ). Щелкните правой кнопкой мыши на диаграмме. В появившемся

контекстном окне выберите «Таблица данных». Появится таблица значений объема и давления для каждого измерения. Перепишите эти данные, В принципе дальше по этим данным можно дома все вычислить и построить необходимые графики.

А можно продолжить работу на компьютере. На всякий случай сохраните полученные результаты (меню «Файл», команда «Сохранить как …»). Исходные графики не закрывать.

В меню «Измерение» выберите команду «Управление каналами». Появится окно для выбора каналов по осям “X” и Y” (рис.9).

Рис.9. Выбор каналов по осям “X” и Y”.

7

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Вначале выберите «объемV» (то, что хотите откладывать по оси “X”), далее стрелка, стрелка . Затем выберите «давление р» (то, что хотите откладывать по оси “Y”), стрелка

, кнопка «да». На экране появится график зависимости давления от объема. Щелкните правой кнопкой мыши на диаграмме. В появившемся контекстном окне выберите «Таблица данных». Появится таблица значений объема и давления для каждого измерения. Перепишите эти данные. Этот график тоже можно сохранить в отдельном файле.

Далее возвращаемся к исходным графикам. Опять в меню «Измерение» выберите команду «Управление каналами». Появится окно для выбора каналов по осям “X” и Y”. Для оси «X» выберите канал « 1/V», для оси « Y» -канал «давление р».Нажмите «Да». На экране появится график зависимости давления от 1/V. Щелкните правой кнопкой на этом графике. В

появившемся контекстном окне выберите «Таблица данных». Появится таблица значений давления и 1/V для каждого измерения. Перепишите эти данные. Этот график тоже можно

сохранить в отдельном файле.

Обработка результатов измерений.

Измеренные и вычисленные данные занесите в табл.1.

измерения

p

V

1/V

pV

Убедитесь, что для изотермического процесса приведение давления на объем есть величина постоянная (в пределах точности измерения).

В отчете должны быть представлены графики зависимостей p=f(V) и p=f(1/V). Эти

графики строятся студентами самостоятельно по записанным экспериментальным данным или приводятся графики, построенные на компьютере во время выполнения работы.

Из графика зависимости p=f(1/V) надо вычислить универсальную газовую постоянную R.

Уравнение Менделеева – Клапейрона можно переписать в виде

Для изотермического процесса график зависимости p=f(1/V) представляет собой

прямую линию, проходящую через начало координат. Тангенс угла наклона этой прямой равен постоянной в уравнении (5).

MT

В этой формуле молярная масса =29.10-3 кг/моль (для воздуха), Т – измеренное

значение температуры воздуха (в градусах Кельвина), М – масса воздуха в шприце. Эту

массу можно вычислить через плотность воздуха и исходный объем воздуха V в шприце (рекомендуемое значение V=50 мл).

M= V

8

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Плотность воздуха при нормальных условиях =1,29 кг/м3.

Тангенс угла наклона вычисляется из графика как

tg p

1V

Из этих данных по формуле (6) вычисляется универсальная газовая постоянная. При вычислениях не забудьте значения давления и объема выразить в системе СИ (при выполнении работы давление измеряется в гектопаскалях, 1гПа=102 Па, а объем измеряется

в миллилитрах).

Сравните полученные значения R с табличными данными. Различие в значениях

объясняется невозможностью обеспечить полную герметичность при изменении объема воздуха в шприце.

9