Нефти и газа им. И. М. Губкина
жүктеу/скачать 0,62 Mb.
|
Lab150
- Бұл бет үшін навигация:
- НЕФТИ И ГАЗА им. И.М.ГУБКИНА
|
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА им. И.М.ГУБКИНА–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– В.П.СОКОЛОВ, Л.М.ФАБЕЛИНСКАЯ МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА Лабораторные работы № 150, № 151 Москва 1995 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА им. И.М.ГУБКИНА–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Кафедра физики В.П.СОКОЛОВ, Л.М.ФАБЕЛИНСКАЯ МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА Лабораторные работы № 150, № 151 для студентов всех специальностей Под редакцией доц. А.И.Светличного Москва 1995 УДК 53 В.П.Соколов; Л.М.Фабелинская, Молекулярная физика. Лаб. раб.-М.:РГУ, 1998. – 16 с. Рецензент – профессор И.Б.Нагаев. © Российский государственный университет нефти и газа им. И.М.Губкина, 1995
Лабораторная работа № 150 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТЕЙ ГАЗА ПО МЕТОДУ КЛЕМАНА-ДЕЗОРМА I. Цель и содержание работы Целью настоящей работы является изучение процессов, происходящих в газе при измерении отношения удельных теплоемкостей Содержание работы состоит в определении для воздуха. II. Краткая теория работы Удельной теплоемкостью газа называется количество тепла, необходимое для нагревания единицы массы газа на один градус. Величина теплоемкости газов зависит от условий их нагревания. Запишем первое начало термодинамики:
где dQ – количество тепла, подводимое к термодинамической системе и затрачиваемое на увеличение ее внутренней энергии dU и на работу dA, совершаемую системой против внешних сил. По определению теплоемкости
где элементарная работа dA = pdV. Рассмотрим два случая. 1. Газ нагревается при неизменном объеме V = const. В этом случае dV = 0 и работа внешних сил равна нулю dA = pdV = 0, следовательно, все сообщаемое газу извне тепло идет на увеличение его внутренней энергии dU. Тогда из уравнения (2) следует, что теплоемкость при постоянном объеме равна:
2. Газ нагревается при постоянном давлении p = const. В этом случае получаемое газом извне тепло идет не только на увеличение его внутренней энергии dU, но и на совершение газом работы dA против внешней силы давления. Тогда теплоемкость при постоянном давлении равна:
Следовательно, для нагревания единицы массы газа на один градус при p = const потребуется больше тепла, чем при V = const. Найдем связь между и . Воспользовавшись уравнением состояния идеального газа для единицы массы идеального газа , получим:
При p = const, dp = 0, и тогда Подставив это выражение в (4) и заменив на согласно (3) (для единицы массы), получим:
Таким образом, удельная теплоемкость больше удельной теплоемкости на величину , которая представляет собой работу, совершаемую единицей массы газа при расширении, происходящем при постоянном давлении в результате повышения его температуры на один градус. Наряду с удельной теплоемкостью c, часто пользуются молярной теплоемкостью C (теплоемкость одного киломоля вещества). Между ними имеется очевидное соотношение Тогда соотношение (6) можно записать в виде: . Согласно закону равнораспределения энергии по степеням свободы на каждую степень свободы молекулы идеального газа приходится в среднем одинаковая энергия, равная (k – постоянная Больцмана). Поэтому внутреннюю энергию одного киломоля идеального газа можно найти по формуле: . Здесь NА – число Авогадро, i – число степеней свободы молекулы газа. Подставив это выражение в (3), получим: Число степеней свободы определяется числом атомов в молекуле и характером связи между ними. Для одноатомного газа i = 3; для двухатомного – i = 5 (жесткая связь), i = 6 (упругая связь); для трех и более атомов в молекуле i = 6 (жесткая связь, нелинейная молекула). Так как (или ), то (или ) и Величины и можно определить экспериментально. Однако существует способ непосредственного определения отношения которое зависит только от числа степеней свободы молекул газа. Это отношение входит в выражение закона Пуассона
описывающего адиабатический процесс в газах. Адиабатическим процессом называется процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой. Такой процесс будет происходить в системе, окруженной совершенно нетеплопроводными стенками. Так как совершенно нетеплопроводных стенок не бывает, реально процесс может лишь приближаться к адиабатическому. Если процесс протекает достаточно быстро, так что система не успевает вступить в теплообмен с окружающей средой, то его можно считать практически адиабатическим и при отсутствии хорошей тепловой изоляции (например, при быстром сжатии или расширении газа). Первое начало термодинамики для адиабатического процесса принимает вид:
то есть при адиабатическом расширении работа совершается газом только в результате изменения запаса его внутренней энергии. Адиабатическое расширение сопровождается понижением температуры, а адиабатическое сжатие – повышением температуры. Выведем уравнение адиабатического процесса (уравнение Пуассона). Поскольку dA = pdV, то, использовав выражение (8), найдем
Поделив уравнение (5) на (9) и приняв во внимание (6), получим откуда
где
После интегрирования и потенцирования (10) получим уравнение Пуассона = const. жүктеу/скачать 0,62 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|