Număr Laborator 3 - manual atelier de lucru pe fizica moleculara

Laborator № 3

DETERMINAREA TERMICE PRESIUNE FACTORULUI DE GAZ PRIN Termometru gaz

Facilitati: termometru cu gaz, două vas de sticlă lat, termometrul.

Scopul lucrării. c introduce termometru cu gaz, un coeficient termic de determinare a presiunii aerului.

Teorie. Orice schimbare în starea corpului (sistem de organism) numit procesul termodinamic. cantități fizice care determina starea corpului, numite parametri termodinamici (variabile de stat).

Izocoră (izocoră) proces numit proces termodinamic care apar la sistemul de volum constant. proces izocoră într-un gaz ideal este descrisă de Charles. la volum constant presiunea unei masă dată de gaz este direct proporțională cu temperatura acestuia:

unde p0 și p - presiunea gazului la o inițială (t = 0 sau C 0 T0 = 273,15 K) și temperaturile finale, - un coeficient termic de presiune. care caracterizează creșterea relativă a presiunii gazului prin încălzire într-un grad. Pentru gazele ideale y = (1 / 273,15) K -1. In gazele reale γ depinde de temperatura și natura gazului.

Conform teoriei moleculare-cinetice a Legii lui Charles' poate fi explicată după cum urmează. Încălzirea gazului crește viteza medie a moleculelor. În cazul în care volumul închis este menținut constant, atunci moleculele sunt încălzite și mai multă forță se va ciocni cu pereții, și o forță mare va acționa pe perete. Când un volum constant este crescut presiunea exercitată de gaz. De ce presiunea crește liniar cu temperatura? Cheia este să contabilizeze dependența de viteza medie a moleculelor de pe rădăcina pătrată a temperaturii. Presiunea se produce ca urmare a coliziunilor ale moleculelor cu pereții, iar numărul de coliziuni pe creșteri a doua ca viteza moleculelor. Cu toate acestea, forța de presiune pe perete în timpul unei coliziuni este determinat molecula de impulsuri, care este de asemenea dependentă liniar de viteză. Astfel, pe măsură ce numărul de coliziuni și a crește eficiența acestora, cu creșterea vitezei. Prin urmare, putem concluziona că presiunea crește cu pătratul vitezei medii și, prin urmare, proporțională cu temperatura. Acest raționament calitativ este exprimat cantitativ ecuația de bază a teoriei cinetice a gazelor ideale:

unde p - presiunea gazului, n - numărul de molecule pe unitatea de volum, adică, concentrare, m0 - masa moleculară; - viteza medie pătrată a moleculelor, k - constanta Boltzmann T - temperatura absolută.

Descrierea instrumentului și teoria metodei. Pentru determinarea coeficientului de temperatură a presiunii gazului aplicat termometru cu gaz (1), care constă dintr-un recipient de sticlă A umplut cu aer uscat; sudat la tubul tubului cilindru și capilară din sticlă și cu robinet e K și capătul tubului capilar este cositorit într-o mai largă ca vase comunicante 3-5 mm diametru, care printr-un tub de clorură de vinil conectat la rezervor și B. vase comunicante. în rezervor și în umplut cu mercur. Toate aceste componente sunt montate pe un suport vertical cu L C. scală de măsurare direct la locul tubului capilar cu compusul și o marcă aplicată n0. poziția care este determinată de scara S. ridicarea sau coborârea rezervorului B poate menține constant volumul de gaz în vasul A. vasul de la A la B vasul scufundat cu apă. Spiral T servește pentru încălzirea apei în vasul B, și, prin urmare, gazul din vasul A. Temperatura este reglată și menținută constant de contact termometru CT și relee. Releul este comutat în rețeaua electrică printr-un transformator LATR de laborator.

Dacă gazul din vasul A este încălzit la o temperatură t1 (de obicei, temperatura camerei) înainte de t2. atunci ecuația Clapeyron se poate scrie:

Deoarece T = 273,15 + t conform legii lui Charles și γ = (1 / 273,15) K -1. apoi (3) ecuația poate fi scrisă sub forma:

unde γ - coeficientul presiunii gazului termic.

Presupunând că volumul vasului A sub acțiunea căldurii variază, obținem:

unde β - coeficientul de dilatare termică volumetrică a sticlei (materialul vasului A), = t2-At t1.

Substituind V2 valoarea formula (5) în formula (4):

Noi transformăm ecuația rezultată, ignorând produsul (γβ) din cauza micimii sale. avem

Luând în considerare expansiunea volumului de mercur, presiunea gazului în vasul A la t1 temperatură va

în care 1 0,00018 / ° C este coeficientul de dilatare volumetrică a mercurului, n1 - poziția meniscului de mercur din tubul de la un t1 temperatură. h1 = n1-n0 - diferență între cele două niveluri, H0 - presiunea atmosferică. Datorită micimea coeficientului expansiunea volumului de mercur poate fi neglijat de al doilea termen al numitorului. atunci

In mod similar, se poate găsi o presiune a gazului în vasul A la o temperatură t2:

unde bH = h2-h1. Termică raport al presiunii gazului γ se determină din formula (9).

Ordinea de performanță

Prin deschiderea supapei, recipientul A este umplut cu aer uscat, la temperatura camerei și la robinet K se închide.
Contorizarea temperatura apei din vasul B de CT termometru, care este aerul inițial temperaturii t1 în vasul A.
În mișcare rezervor, sunt la meniscului de mercur din tubul coincide cu un marcaj N0. Regulamentul n0 determinat prin scala S.
Numărate pe scara cu poziția meniscului de mercur în tub din partea de sus - aceasta este n1. Apoi, diferența între cele două niveluri h1 = n1-n0.
Atmosferic H0 valoarea presiunii în timpul experimentului este determinat pe barometru de laborator.
căldură apă într-un larg vas de sticlă B (deci aerul din vasul A) la o temperatură de 40-50 0 C. Atunci când aerul încălzit în vas și crește presiunea aerului și nivelul de mercur din tub și începe să scadă, iar tubul - să se ridice. După 10-12 minute, când nivelul de mercur din tuburi și pentru a opri schimbarea și ridica rezervorul B la un nivel la care meniscului de mercur din tubul și este aliniat cu n0 marcajul. Numărate pe scara cu poziția meniscului în tub și - N0 și tub - n2. Apoi, diferența dintre ambele niveluri h2 = n2-n0. elibereze imediat rezervor în poziția inferioară după h2 măsurare.
Contorizarea t2 temperatura apei calde cu un termometru RT.
Găsită Valorile t1, h1, H0, h2 și t2 sunt substituite în ecuația (9), și se determină valoarea γ. Măsurătorile se efectuează de mai multe ori la temperaturi diferite. Găsiți o valoare medie de γ, eroarea absolută și relativă.

Notă:

În timpul experimentului robinetul la vasul A și nu atingeți.
Ia valoarea coeficientului de dilatare termică a sticlei egală cu p = 25 ∙ 10 -6 grade -1.

întrebări de testare