Материал: Шилов Лабораторный практикум курса обсчей физики Разделы 2012
ние в сосуде сравняется с атмосферным и масляный манометр установится в нулевое положение).
|
|
|
Таблица 2.7.1 |
||
|
|
|
р/ t, Па/с |
|
|
№ |
р, мбар |
t, мс |
|
||
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. Повторите пп. 1–4 не менее 10 раз, записывая результаты в табл. 2.7.1. При этом не стремитесь к тому, чтобы интервалы времени t были одинаковыми. Определенный разброс значений t вполне допустим и даже желателен, близкими друг к другу должны оказаться значения отношения р/ t.
6.После завершения серии измерений включите нагреватель и запишите в лабораторный журнал показания амперметра I и вольтметра U, после чего нагреватель отключите.
7.Запишите в лабораторный журнал величину атмосферного давления р, измеренную с помощью барометра, висящего на стене лаборатории.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
1.Для всех выполненных измерений рассчитайте и запишите в табл. 2.7.1 величину р/ t. При этом используйте соотношение
1бар = 105 Па.
2.Методом Корнфельда вычислите среднее значение
|
p |
= |
( |
p t )max +( |
p t )min |
|||
|
t |
|
|
|
2 |
|
|
|
и погрешность |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
= |
( |
p t ) |
max |
−( |
p t ) |
min . |
|
|
|
|
2 |
|
|||
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
3. По формуле (2.7.3) вычислите значение теплоемкости воздуха при постоянном объеме СV. При расчете не забудьте перевести
76
значения коэффициента α в единицы м3/Па, а атмосферное давление p – в паскали.
4. Вычислите абсолютную погрешность измеренного значения теплоемкости по формуле:
CV = |
R I U |
|
( p t). |
(V +αp) p t 2 |
5. Вычислите доверительную вероятность, соответствующую найденному доверительному интервалу:
α =1−(12 )n−1 ,
где n – число выполненных измерений.
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ
По результатам проделанной работы напишите в лабораторном журнале заключение, в котором:
1)укажите, что (какая физическая величина) измерялось в данной работе;
2)укажите, каким методом выполнялись измерения;
3)приведите полученное в работе значение молярной теплоем-
кости CV с погрешностью и доверительной вероятностью, соответствующей представленному доверительному интервалу;
4)по формуле (2.7.1) рассчитайте теоретическое значение CV для воздуха и сравните его с результатом своего измерения (если различие экспериментального и теоретического значения выходит за пределы погрешности измерения, обсудите возможные причины этого расхождения);
5)обсудите точность измерений и природу погрешности, с которой измерена теплоемкость в данной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Дайте определение молярной теплоемкости идеальных газов.
2.Что такое теплоемкость газа при постоянном объеме?
3.При каких условиях для реальных газов можно использовать уравнение состояния идеального газа?
77
4.При каких условиях теплоемкость CV зависит от температу-
ры?
5.Чему равно теоретическое значение CV воздуха и как оно определяется?
6.Какой метод определения CV воздуха используется в работе?
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1.Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 1. М.: Наука, 1998.
2.Иродов И.Е. Физика макросистем. Основные законы. М.: Лаборатория базовых знаний, 2001.
Дополнительная
1.Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. М.: Физматлит, 2006.
2.Калашников Н.П., Смондырев М.А. Основы физики. В 2 т.
Т. 1. М.: Дрофа, 2007.
78
Работа 2.8
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕПЛОЕМКОСТИ МЕТАЛЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УСТАНОВКИ «КОБРА 3»
Цель: измерение теплоемкости алюминия, железа и меди, по результатам проведенных экспериментов проверка справедливость закона Дюлонга–Пти.
Оборудование: калориметр, термометрический датчик, нагреватель, металлические образцы, химический стакан, штатив, блок «Кобра 3», персональный компьютер, электронные весы.
ВВЕДЕНИЕ
Важнейший из параметров состояния любого термодинамического тела – температура – может изменяться при обмене энергией между рассматриваемым телом и окружающей его средой, в частности при обмене теплом. Теплоемкостью тела называют отношение элементарного количества тепла d′Q , полученного телом, к
приращению температуры тела dT, вызванному получением этого количества тепла:
С = d′Q / dT .
Теплоемкость конкретного тела определяется химической природой и физическим состоянием вещества, из которого состоит тело, его массой и характером процесса, в ходе которого тело получает тепло.
Чтобы избавиться от зависимости теплоемкости от массы, вводят удельную теплоемкость (теплоемкость единицы массы вещества)
c = 1 d′Q m dT
и молярную теплоемкость (теплоемкость одного моля вещества)
= M d′Q Cm m dt .
79
Согласно первому началу термодинамики полученное телом тепло идет на приращение внутренней энергии тела dU и на совершение работы над окружающими телами:
d′Q = dU + d′A .
Если процесс, в ходе которого тело получает тепло, равновесный (квазистатический), и если в ходе этого процесса изменяется объем тела, то выражение для элементарной работы имеет вид
d′A = pdV ,
где р – давление, оказываемое рассматриваемым телом на окружающие тела; dV – приращение объема тела.
Внутренняя энергия в общем случае зависит от температуры и объема тела:
U= U(T, V).
Внекоторых случаях, например в случае идеального газа, внутренняя энергия определяется только температурой и от объема не зависит:
Uиг = Uиг(T).
Таким образом, теплоемкость, т.е. температурный «отклик» на подведенное тепло, определяется тем, в каком соотношении это тепло распределяется между приращением внутренней энергии и совершением работы. Это распределение подведенного тепла зависит от того, насколько меняется объем тела в процессе подведения тепла, т.е. теплоемкость определяется, кроме всего прочего, характером термодинамического процесса, совершаемого телом.
Поскольку объем газов может меняться в очень широких пределах, зависимость величины теплоемкости от характера процесса для газообразных веществ оказывается существенной. В то же время изменение объема конденсированных (жидких и твердых) тел при нагревании пренебрежимо мало, из-за чего зависимость теплоемкости от характера процесса незаметна. Поэтому говорят просто о теплоемкости конденсированных тел без оговорок о характере процесса. Однако теплоемкость конденсированных тел не является постоянной величиной, она зависит от температуры. Измерения показывают, что для химически простых кристаллических тел (например, металлических) эта зависимость имеет характерный вид (рис. 2.8.1, где ΘD – так называемая характеристическая температура, ее значения различны для различных веществ). При низких
80