Учебное пособие предназначено для студентов всех специальнос-тей, выполняющих лабораторные работы по разделу “Термодинамика и молекулярная физика” в рамках курса общей физики.




Скачать 94.24 Kb.
НазваниеУчебное пособие предназначено для студентов всех специальнос-тей, выполняющих лабораторные работы по разделу “Термодинамика и молекулярная физика” в рамках курса общей физики.
Дата конвертации24.12.2012
Размер94.24 Kb.
ТипУчебное пособие



Предисловие


Учебное пособие предназначено для студентов всех специальнос-тей, выполняющих лабораторные работы по разделу “Термодинамика и молекулярная физика” в рамках курса общей физики. Учебное по-собие состоит из двух глав и Приложения. Первая глава содержит ру-ководства к трем лабораторным работам по разделу “Термодинами-ка”. Вторая глава состоит из общей теоретической части и руко-водств к трем лабораторным работам по разделу “Процессы перено-са в веществе”. Каждое руководство состоит из цели работы, теорети-ческих основ физических явлений, изучаемых в лабораторной работе, описания экспериментальной установки и подробного описания пос-ледовательности действий при проведении эксперимента. Кроме того, в каждой работе дано по 30 контрольных вопросов, предназначенных для самоконтроля студентов. В Приложениях дана таблица коэффи-циентов Стьюдента, позволяющих рассчитать полуширину довери-тельного интервала (абсолютную погрешность) измеряемой величи-ны, таблица плотности воздуха в зависимости от условий проведения эксперимента и методика вычисления производной функции по гра-фику. Также в Приложениях кратко описана методика расчета пог-решностей измерений.

Авторы выражают глубокую благодарность всем сотрудникам ка-федры “Физика”, участвовавшим в обсуждении методики проведения лабораторных работ раздела “Термодинамика и молекулярная физи-ка” и в подготовке экспериментальных установок.

Особую благодарность авторы выражают инженеру Борису Влади-мировичу Зверлову за работу по усовершенствованию эксперимен-тальных установок и созданию новых лабораторных работ.


Глава I. Термодинамика

Лабораторная работа №1


Определение удельной теплоемкости воздуха при постоянном давлении


Цель работы


Экспериментальное определение теплоемности воздуха при постоянном давлении методом протока. Изучение мето-дов измерения разности температур и расхода воздуха.


ТЕОРЕТИЧЕСКие основы работы



Теплоемкостью тела (газа) называется такое количество тепла, которое надо сообщить телу (газу), чтобы повысить его температуру на 1 кельвин:


(1.1.1)


Здесь означает не приращение функции, а элементар-ное количество теплоты. Поскольку величина зависит от процесса, т.е. является функцией процесса, то и теплоёмкость тоже является функцией процесса. Поэтому без указания процесса выражение для теплоёмкости не имеет смысла.

В основном пользуются молярной теплоёмкостью (т.е. теп-лоёмкостью моля вещества) , Дж/(моль·К). В таблицах же часто указывают удельную теплоёмкость (т.е. теплоёмкость единицы массы) , Дж/(кг·К). Соотношение между теплоём-костями следующее:

, (1.1.2)

где – молярная масса вещества.

Особое значение при рассмотрении процессов в газах име-ют два значения теплоёмкости: при постоянном объёме и постоянном давлении . Разность значений теплоемкостей и связана с тем, что, согласно Первому началу термо-динамики, теплота, сообщаемая системе, идет на изменение внутренней энергии системы и на совершение системой рабо-ты. При постоянном объеме работа не совершается, поэтому теплоемкость меньше . Настоящая работа посвящена оп-ределению теплоемкости воздуха постоянном давлении .

При измерение воздуха в данной работе воздух прока-чивается через тонкую трубку с размещенным в ней нагрева-телем. И трубка, и нагреватель находятся в теплоизолирую-щей оболочке – сосуде Дьюара. При этом измеряется коли-чество джоулева тепла, отдаваемого воздуху нагревателем в единицу времени:

, (1.1.3)


где – ток в нагревателе,

– напряжение, выдаваемое источником питания.

Также измеряются массовый расход воздуха через труб-ку и разность температур воздуха на входе и выходе сосу-да Дьюара.

Без учета тепловых потерь, связанных с теплообменом че-рез стенки калориметра, тепло, выделяемое нагревателем, полностью расходуется на нагрев газа, т.е.


, (1.1.4)


где – удельная теплоемкость воздуха.

Величина теплоемкости определяется из соотношения:

(1.1.5)


Данный метод измерения не учитывает тепловые поте-ри калориметра в виду их малости по сравнению с теплом, полученным воздухом.


Описание установки и метода исследования






Воздух прокачивается вакуумным насосом (компрессором) через трубку 2, размешенную в теплоизолирующей оболочке 1 (рис.1.1.1 и рис.1.1.2).






Измерение расхода воздуха (т.е. массы воздуха, проходя-щего через трубку за 1 секунду) производится по перепаду давлений на капилляре, который вместе с трубкой 2 образует единую проточную магистраль. Протекая через трубку, воз-дух нагревается электрической спиралью 3. Разность темпера-тур на входе и выходе трубки измеряется дифференциальной термопарой 4. Э.д.с. термопары измеряется милливольтмет-ром, подключенным к ней через разъемы 5. Электрический нагреватель 3 питается постоянным током от блока питания, подключенного к нагревателю через соответствующие разъе-мы. Напряжение на нагревателе измеряется вольтметром, сое-диненным с ним через разъемы 5. Ток в нагревателе опреде-ляется по измеренному милливольтметром напряжению на образцовом сопротивлении :


(1.1.6)


Порядок выполнения работы


1) Выписать данные и начертить схему установки. По баро-метру определить давление воздуха в лаборатории и по тер-мометру – его температуру. По таблице в Приложении 3 опре-делить плотность воздуха в момент проведения эксперимента. Полученные значения занести в таблицу 1.

Примечание: В качестве данных установки может быть за-дан массовый расход воздуха, который является постоянным в течении всего опыта.

Таблица 1


Данные установки

Радиус капилляра,





Длина капилляра,





Образцовое сопротивление,





Условия проведения опыта

Коффициент динамической вязкости воз-духа при и ,

0,0182



Температура воздуха,





Атмосферное давление,





Плотность воздуха,





2) Соединить источник питания и микромультиметр с клем-мами "Источник питания" и "Термопара" соответственно.

3) Включить электропитание стенда, компрессор, источник питания и микромультиметр. Установить предел измерения милливольтметра – 20 вольт.

4) Убедиться в том,что на выходе источника питания отсут-ствует напряжение.

5) Открыть впускной клапан и зафиксировать его. Произ-вести отсчет разности уровней жидкости в U-образном мано-метре и определить перепад давлений на концах капилляра по формуле:

(1.1.7)


где – плотность воды ,

– перепад уровней.

6) Определить расход воздуха в установке, используя соот-ношение Пуазейля

; (1.1.8)


где – расход воздуха, т.е. объем воздуха, протекающего за 1 се-кунду через капилляр;

– радиус капиляра;

– длина капилляра;

– коэффициент динамической вязкости воздуха;

– плотность воздуха при данной температуре и дав-лении.

Вывод формулы Пуазейля (2.5.7) представлен в лаборатор-ной работе №5.

7) Регулятором напряжение установить – первое из пе-речисленных ниже значений напряжения:

.

8) Наблюдать за показаниями милливольметра, измеряющего Э.Д.С. термопары, до тех пор, пока прибор не будет регистри-ровать постоянное значение Э.Д.С. (примерно через 7-10 минут).

9) Произвести отсчет напряжения на нагревателе по шкале 20 вольт и – Э.Д.С. термопары, переключив милли-вольтметр на предел измерений 200 мВ.

10) Измерить милливольтметром напряжения на образцо-вом сопротивлений , подключив его к соответcтвующим разъемам.

11) Вычислить значения по формуле (1.1.6); по форму-ле (1.1.3). Разность температур определить по Э.Д.С. дифференциальной термопары, используя тарировочный график.

12) По формуле (1.1.5) вычислить значение теплоемкос-ти при постоянном объеме. Результаты измерений и вычисле-ний занести в таблицу 2.

11) Пункты 8-12 повторить для следующих четырех значе-ний напряжения на нагревателе.
Таблица 2

Результаты измерений


№ п/п

, В

,

В

,

А

, Дж/с

, мВ

,

К

, Дж/К

1

2

3

4

5

2

4

6

8

10

























12) Оценить погрешность определения , используя формулу:


КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ



1. Что такое теплоёмкость?

2. Запишите уравнение Первого начала термодинамики.

3. Почему теплоемкость газов зависит от условий нагрева-ния?

4. Почему больше, чем ?

5. Какой процесс называется адиабатическим?

6. Запишите уравнение Пуазейля.

7. Какая система частиц называется идеальным газом?

8. Может ли газ в данной работе считаться идеальным и почему?

9. Запишите уравнение адиабатического процесса для идеаль-ного газа.

10. Что такое политропические процессы?

11. Каков смысл показателя политропы?

12. Какие изопроцессы Вы знаете? Запишите уравнения для каж-дого из них.

13. Запишите уравнение политропы для идеального газа.

14. Какие значения имеет показатель политропы при раз-личных изопроцессах?

15. Что происходит с внутренней энергией и температурой при адиабатическом процессе?

16. Что такое макро- и микросостояния системы?

17. Что такое статистический вес макросостояния?

18. Какое макросостояние называется равновесным?

19. Какой процесс называется необратимым?

20. Какой процесс называется квазистатическим?

21. Что такое степень свободы тела?

22. Какое число степеней свободы имеет двухатомная мо-лекула?

23. Как связано число степеней свободы молекул газа с теплоёмкостью этого газа?

24. Как связано число степеней свободы молекул газа с кинетической энергией этого газа?

25. Какая величина характеризует внутреннюю энергию газа?

26. Что такое связанная энергия? Как она передается?

27. Найти соотношени для двухатомных и трехатом-ных газов при температуре T=300К.

28. Что такое энтропия? Каков статистический смысл эн-тропии?

29. Каков термодинамический смысл энтропии?

30. Как изменяется энтропия при адиабатическом процессе?




Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Учебное пособие предназначено для студентов всех специальнос-тей, выполняющих лабораторные работы по разделу “Термодинамика и молекулярная физика” в рамках курса общей физики. iconА. А. Шарц Учебное пособие
Учебное пособие предназначено для студентов второго курса и содержит краткое изложение основного материала подраздела «Термодинамика»...

Учебное пособие предназначено для студентов всех специальнос-тей, выполняющих лабораторные работы по разделу “Термодинамика и молекулярная физика” в рамках курса общей физики. iconМолекулярная физика и термодинамика методические указания к выполнению рассчетно-графического задания по физике №2 Иваново 2008
Молекулярная физика и термодинамика. Предназначены для обеспечения самостоятельной работы студентов

Учебное пособие предназначено для студентов всех специальнос-тей, выполняющих лабораторные работы по разделу “Термодинамика и молекулярная физика” в рамках курса общей физики. iconУчебно-методический комплекс по дисциплине «Образование кристаллов»
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов ннгу, обучающихся по основным образовательным программам 011200. 62 «Физика»,...

Учебное пособие предназначено для студентов всех специальнос-тей, выполняющих лабораторные работы по разделу “Термодинамика и молекулярная физика” в рамках курса общей физики. iconПримерная программа учебного курса (учебной дисциплины) Программа курса «Термодинамика и молекулярная физика»
Учебный курс «Термодинамика и молекулярная физика» является частью профессионального цикла подготовки бакалавра физики. Дисциплина...

Учебное пособие предназначено для студентов всех специальнос-тей, выполняющих лабораторные работы по разделу “Термодинамика и молекулярная физика” в рамках курса общей физики. iconСборник индивидуальных заданий по разделам: «Физические основы механики», «Молекулярная физика и термодинамика» Уфа 2004
Сборник индивидуальных заданий по разделам курса общей физики «Физические основы механики», «Молекулярная физика и термодинамика»....

Учебное пособие предназначено для студентов всех специальнос-тей, выполняющих лабораторные работы по разделу “Термодинамика и молекулярная физика” в рамках курса общей физики. iconУчебно-методическое пособие: М. В. Комарова, Т. Ю. Новожилова, учебно-методическое пособие для студентов III курса физического факультета по общему курсу «Статистическая физика и термодинамика»
«Статистическая физика и термодинамика». Рецензия: проф каф статистической физики, д ф м н. В. П. Романов, экспертное заключение:...

Учебное пособие предназначено для студентов всех специальнос-тей, выполняющих лабораторные работы по разделу “Термодинамика и молекулярная физика” в рамках курса общей физики. iconМеханика. Молекулярная физика. Термодинамика. Учебные пособия и конспекты лекций
Шабалин В. П. Механика, молекулярная физика и термодинамика: учеб пособие / В. П. Шабалин, О. В. Кропотин, А. И. Блесман и др.//...

Учебное пособие предназначено для студентов всех специальнос-тей, выполняющих лабораторные работы по разделу “Термодинамика и молекулярная физика” в рамках курса общей физики. iconУчебные пособия Уравнения физики в решениях задач Молекулярная физика и термодинамика: учебное пособие/ Ю. М. Юрин. 2009-471 с
Черная металлургия Нижегородской губернии в период нэпа: монография /Н. В. Мохноногова,2010-161 с

Учебное пособие предназначено для студентов всех специальнос-тей, выполняющих лабораторные работы по разделу “Термодинамика и молекулярная физика” в рамках курса общей физики. iconМолекулярная физика и термодинамика учебно
Ч. Молекулярная физика и термодинамика / И. И. Проневич, Р. Г. Пинчук, И. В. Приходько, В. Я. Матюшенко; м-во образования Респ. Беларусь,...

Учебное пособие предназначено для студентов всех специальнос-тей, выполняющих лабораторные работы по разделу “Термодинамика и молекулярная физика” в рамках курса общей физики. iconУчебное пособие рекомендовано для самостоятельной работы студентов всех форм обучения специальности 080109 «Бухгалтерс-кий учёт, анализ и аудит»
Учебное пособие предназначено для студентов дневного и заочного отделений


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница