Фізіка 10: Лабараторная работа 2

Вывучэнне ізабарнага працэсу

Мэта: даследаваць залежнасць аб’ёму газу дадзенай масы ад тэмпературы пры пастаянным ціску.

Абсталяванне: празрыстая сіліконавая трубка дыяметрам 8–10 мм і даўжынёй 80–100 см з двума заціскамі (коркамі) на канцах; тэрмометр; знешняя шклянка каларыметра; вымяральная стужка (лінейка); пасудзіна з вадой пры тэмпературы 55–60 °С; пасудзіна з вадой пакаёвай тэмпературы.

Вывад разліковай формулы

Згодна з законам Гей-Люсака пры пастаянным ціску параметры V₁ і T₁ пачатковага стану газу дадзенай масы і параметры V₂ і T₂ яго канчатковага стану звязаны суадносінамі

$V subscript 1 over T subscript 1 equals V subscript 2 over T subscript 2.$

У дадзенай рабоце даследуецца газ — паветра, якое знаходзіцца ўнутры празрыстай сіліконавай трубкі з заціскамі (коркамі) на канцах.

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 (мал. 230, а) і канчатковым (мал. 230, б) станах адпаведна.

Такім чынам, $begin mathsize 16px style fraction numerator S l subscript 1 over denominator T subscript 1 end fraction equals fraction numerator S l subscript 2 over denominator T subscript 2 end fraction end style$ або $begin mathsize 16px style T subscript 1 over T subscript 2 equals l subscript 1 over l subscript 2 end style$ .

Пры выкананні работы правяраюць праўдзівасць гэтай роўнасці.

Парадак выканання работы

1. Вымерайце даўжыню l₁ слупа паветра ў трубцы ў пачатковым стане (гл. мал. 230, а). Трубку шчыльна ўкладзіце ўнутры шклянкі каларыметра, папярэдне закрыўшы заціск, які размешчаны паблізу дна. Верхні заціск пакіньце адкрытым.

2. Запоўніце шклянку каларыметра вадой, папярэдне нагрэтай да тэмпературы 55–60 °С, так, каб канец трубкі з верхнім заціскам быў пагружаны ў ваду не больш чым на 5–10 мм. Змясціце тэрмометр у ваду. Назірайце за выдзяленнем з трубкі бурбалак паветра. Як толькі яно спыніцца, вызначце значэнне тэмпературы T₁ цёплага паветра, якое знаходзіцца ў трубцы.

3. Закрыйце верхні заціск, зліце нагрэтую ваду і запоўніце шклянку вадой пакаёвай тэмпературы да ранейшага ўзроўню (канец трубкі з верхнім заціскам трэба апусціць у ваду не больш чым на 5–10 мм). Адкрыйце верхні заціск. Праз 1–2 хвіліны пасля ўстанаўлення цеплавой раўнавагі вызначце па паказанні тэрмометра тэмпературу Т₂ паветра, якое знаходзіцца ў трубцы.

4. Закрыйце верхні заціск і зліце ваду са шклянкі каларыметра. Дастаньце трубку, падтрасіце яе і, размясціўшы вертыкальна, вымерайце даўжыню ΔL слупа вады, якая ўвайшла ў трубку (гл. мал. 230, б).

5. Вылічыце даўжыню l₂ слупа паветра ў трубцы пасля ахаладжэння: l₂ = l₁ – ΔL.

6. Вылічыце адносіны $begin mathsize 16px style T subscript 1 over T subscript 2 end style$ 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	T₁, К	T₂, К	ΔL, м	l₂, м	$begin mathsize 16px style T subscript 1 over T subscript 2 end style$	$begin mathsize 16px style l subscript 1 over l subscript 2 end style$

7. Вылічыце адносную хібнасць ε₁ і абсалютную хібнасць Δ₁ вымярэння адносін $begin mathsize 16px style T subscript 1 over T subscript 2 colon space straight epsilon subscript 1 equals fraction numerator increment T over denominator T subscript 1 end fraction plus fraction numerator increment T over denominator T subscript 2 end fraction end style$ , дзе ΔТ = Δ_іТ + Δ_аТ; Δ₁ = $straight epsilon subscript 1 T subscript 1 over T subscript 2$ .

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

9. Запішыце вынікі вымярэнняў у выглядзе падвойных няроўнасцей:

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

Параўнайце атрыманыя інтэрвалы значэнняў і зрабіце выснову.

Кантрольныя пытаннi

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

2. Чаму пры выкананні дадзенай работы працэс ахалоджвання паветра можна лічыць практычна ізабарным?

3. Як вызначыць, калі адбылося выраўноўванне тэмпературы паветра ў трубцы і тэмпературы нагрэтай вады ў шклянцы каларыметра?

Суперзаданне

Выкарыстоўваючы абсталяванне для дадзенай лабараторнай работы, барометранероід і штангенцыркуль, вызначце масу паветра ў трубцы.