Проверка объединенного газового закона Цель работы: экспериментальная проверка объединенного газового закона. Приборы и оборудование: прибор для проверки уравнения состояния газа (укороченный манометр на металлической линейке с делениями), стакан химический, термометр химический, барометр, сосуд с горячей водой. 1. Теоретические сведения Объединенный газовый закон (объединяет законы Бойля-Ма-риотта, Шарля и ГейЛюссака) формулируется следующим образом: для данной массы газа произведение объема на давление, деленное на термодинамическую температуру, сохраняет неизменное значение для всех состояний газа: p1 V1 p 2 V2 C const . T1 T2 Данная работа позволяет проверить выполнение этого закона для постоянного количества воздуха, запертого маслом в закрытом колене U-образного манометра. Погружая манометр в воду разной температуры, можно наблюдать за расширением и сжатием воздуха. Измеряя температуру, вычисляя давление и объем, определяют константу С. Для каждого лабораторного комплекта эти значения будут различными, так как в манометрах содержится разное количество воздуха. Однако, в соответствии с объединенным газовым законом, в пределах лабораторной работы значения С должны оставаться постоянными. Для расчета объема воздуха используют формулу: 𝑉 =𝑆∙ℎ = 𝜋𝑑 2 4 ∙ ℎ, где V - объем воздуха, h - высота воздуха в закрытом колене, d- диаметр трубки манометра. Для расчета давления воздуха рассматривают состояние масла в манометре. Так как видимого движения масла нет, то состояние системы можно считать равновесным и давления в обоих коленах равны. Допустим, что в открытом колене уровень масла ниже, чем в закрытом. Тогда справедлива формула: 𝑃атм = 𝑃возд + 𝑃масла , Где 𝑃атм измеряется барометром (1 мм рт.ст. = 133 Па). 𝑃масла = 𝜌 ∙ 𝑔 ∙ ℎмасла (ℎмасла – разность уровней масла в коленах манометра). В ходе работы воздух в закрытом колене будет расширяться, и уровни масла могут поменяться. Тогда расчетная формула примет вид: 𝑃атм = 𝑃возд − 𝑃масла , 2 Вопросы допуска 2.1 Какой газ называют идеальным? 2.2 Чему равна универсальная газовая постоянная в СИ? 2.3 При каких условиях выполняется объединенный газовый закон? 2.4 Сформулируйте и запишите закон Клапейрона - Менделеева. 3 Ход работы 3.1 Измерить величину атмосферного давления 𝑃атм по барометру. 3.2 Налить в стакан холодной воды так, чтобы ее уровень был несколько выше закрытого конца манометра. Определить по шкале манометра длину воздушного столба в закрытом колене. Определить разность уровней масла ℎмасла в закрытом и открытом коленах. Измерить температуру воды термометром. (Внимание! Термометр держать на уровне, соответствующем положению воздуха в закрытом колене.) 3.3 Вычислить величину давления воздуха 𝑃возд в закрытом колене манометра. 3.4 Вычислить объем V воздуха в закрытом колене манометра. Объем выразить в метрах кубических. 3.5. Данные занести в таблицу. 3.6 Опыт повторить 3 раза, используя воду различной температуры. 3.7 Результаты измерений и полученных вычислений занести в таблицу 1 i, % Относительная К погрешность Па·м3 Постоянная С, V, м3 Температура газа Т, К Объем газа Давление воздуха в закрытом колене 𝑃возд, Па давление 𝑃атм , Па Разность давлений масла 𝑃масла , Па опыта Атмосферное № Таблица 2.1 2 3 3.8. Вычислить значения С, используя формулу. 3.9 Сравнить вычисленные значения постоянных С1, С2 и С3 и убедиться в справедливости формулы объединенного газового закона. Вычислить среднее значение Сср. 3.10 Найти абсолютную ∆С и относительную погрешности для каждого опыта способом оценки результатов измерений по формулам ∆Сi = │Cср - Сi│; εi ΔCi 100. C ср 3.11 Выводы по работе. 4 Контрольные вопросы 4.1 Как определить давление воздуха в закрытом колене манометра, если уровень масла в нем на 2 см выше (ниже), чем в открытом колене? 4.2 Разность уровней в коленах манометра 5 см. Масло в закрытом колене опустилось на 2 см. Чему равна теперь разность уровней масла? 4.3 От чего зависит числовое значение постоянной С? 4.4. Два одинаковых сосуда с газом соединены горизонтальной трубкой, посредине которой находится столбик ртути. В одном сосуде газ находится при 0 0С, в другом – при 20 0С. Сместится ли ртуть в трубке, если оба сосуда нагреть на 100С?