Фізіка 10: Лабараторная работа 1

Вывучэнне ізатэрмічнага працэсу

Мэта: даследаваць залежнасць ціску газу дадзенай масы ад займанага ім аб’ёму пры пастаяннай тэмпературы.

Абсталяванне: празрыстая сіліконавая трубка дыяметрам 8–10 мм з заціскам або коркам на канцы (шкляная трубка дыяметрам 10–12 мм і даўжынёй 60 см, запаяная з аднаго канца); мензурка (250 мл) з вадой пакаёвай тэмпературы; паддон; вымяральная стужка (лінейка); барометранероід (адзін на клас).

Вывад разліковай формулы

Згодна з законам Бойля — Марыёта, пры пастаяннай тэмпературы параметры p₁ і V₁ пачатковага стану газу дадзенай масы і параметры p₂ і V₂ яго канчатковага стану звязаны суадносінамі p₁V₁ = p₂V₂.

У дадзенай рабоце даследуецца газ — паветра, якое знаходзіцца ўнутры празрыстай сіліконавай трубкі з заціскам або коркам на канцы (шкляной трубкі) (мал. 228, а, б).

Паколькі ўнутраная поласць трубкі мае форму цыліндра і плошча S яе папярочнага сячэння аднолькавая па ўсёй даўжыні трубкі, то V₁ = Sl₁ і V₂ = Sl₂, дзе l₁ і l₂ — даўжыні слупа паветра ў трубцы ў пачатковым і канчатковым станах адпаведна.

Такім чынам, p₁Sl₁ = p₂Sl₂ або $begin mathsize 16px style p subscript 2 over p subscript 1 equals l subscript 1 over l subscript 2 end style$ .

Пры выкананні работы правяраюць праўдзівасць гэтай роўнасці.

Парадак выканання работы

1. Закрыйце заціск на канцы сіліконавай трубкі. Вымерайце: даўжыню l₁ слупа паветра ў трубцы і ціск p₁ паветра (выкарыстоўваючы барометр-анероід) у пачатковым стане.

2. Пастаўце мензурку на паддон і запоўніце яе вадой пакаёвай тэмпературы так, каб пры апусканні трубкі вада ў мензурцы паднялася да яе верхняга краю. Апусціце ў ваду трубку так, каб яе адкрыты канец апынуўся каля дна мензуркі (мал. 229). Назірайце за паступленнем вады ў трубку. Калі яно спыніцца, вымерайце даўжыню ΔL слупа вады, якая ўвайшла ў трубку.

3. Вымерайце рознасць узроўняў h вады ў мензурцы і трубцы і вылічыце даўжыню l₂ слупа паветра ў трубцы ў канчатковым стане: l₂ = l₁ – ΔL.

4. Вылічыце ціск р_в слупа вады р_в = ρgh і ціск р₂ паветра ў трубцы ў канчатковым стане: р₂ = р₁ + р_в.

Прыміце шчыльнасць вады $begin mathsize 16px style straight rho equals 1000 space кг over straight м cubed end style$ , значэнне паскарэння свабоднага падзення $begin mathsize 16px style g equals 9 comma 810 space straight м over straight с squared end style$ .

5. Вылічыце адносіны $begin mathsize 16px style p subscript 2 over p subscript 1 end style$ i $begin mathsize 16px style l subscript 1 over l subscript 2 end style$ . Параўнайце атрыманыя вынікі і зрабіце выснову.

Вынікі вымярэнняў і вылічэнняў запішыце ў табліцы ў сшытку.

l₁, м	р₁, Па	ΔL, м	h, м	l₂, м	р_в, Па	р₂, Па	$begin mathsize 16px style p subscript 2 over p subscript 1 end style$	$begin mathsize 16px style l subscript 1 over l subscript 2 end style$

6. Вылічыце адносную хібнасць ε₁ і абсалютную хібнасць Δ₁ вымярэння адносін $begin mathsize 16px style p subscript 2 over p subscript 1 colon space straight epsilon subscript 1 equals fraction numerator increment p over denominator p subscript 1 end fraction plus fraction numerator increment p over denominator p subscript 2 end fraction end style$ , дзе Δр = Δ_ір + Δ_ар (Δ_і — абсалютная інструментальная хібнасць прыбора; Δ_а — абсалютная хібнасць адліку (гл. дадатак)); Δ₁ = $begin mathsize 16px style straight epsilon subscript 1 p subscript 2 over p subscript 1 end style$ .

7. Вылічыце адносную хібнасць ε₂ і абсалютную хібнасць Δ₂ вымярэння адносін $begin mathsize 16px style l subscript 1 over l subscript 2 colon space straight epsilon subscript 2 equals fraction numerator increment l over denominator l subscript 1 end fraction plus fraction numerator increment l over denominator l subscript 2 end fraction end style$ , дзе Δl = Δ_іl + Δ_аl; Δ₂ = $begin mathsize 16px style straight epsilon subscript 2 l subscript 1 over l subscript 2 end style$ .

8. Запішыце вынікі вымярэнняў у выглядзе падвойных няроўнасцей:

$begin mathsize 16px style p subscript 2 over p subscript 1 end style$ - Δ₁ < $begin mathsize 16px style p subscript 2 over p subscript 1 end style$ < $begin mathsize 16px style p subscript 2 over p subscript 1 end style$ + Δ₁; $begin mathsize 16px style l subscript 1 over l subscript 2 end style$ - Δ₂ < $begin mathsize 16px style l subscript 1 over l subscript 2 end style$ < $begin mathsize 16px style l subscript 1 over l subscript 2 end style$ + Δ₂.

Параўнайце атрыманыя інтэрвалы значэнняў і зрабіце выснову.

Калі інтэрвалы перакрываюцца, то адносіны ціскаў і даўжынь слупа паветра ў трубцы пры дадзенай адноснай хібнасці вымярэнняў аднолькавыя, што і пацвярджае праўдзівасць правяранай роўнасці.

Кантрольныя пытаннi

1. Пры якіх умовах для вызначэння параметраў стану газу можна выкарыстоўваць ураўненне pV = const?

2. Чаму пры выкананні дадзенай работы працэс змянення аб’ёму паветра можна лічыць практычна ізатэрмічным?

3. Што ўплывае на дакладнасць атрыманых вынікаў?

Суперзаданне

Вызначце матэматычную залежнасць паміж шчыльнасцю і ціскам паветра ў трубцы. Выкарыстоўваючы вынікі, атрыманыя пры выкананні дадзенай работы, і тэрмометр, пабудуйце графік залежнасці шчыльнасці паветра ў трубцы ад ціску.