ΔU = Q + W Q = - W
Abako Łukasz Noske Rafał
SP-PC11/1/1 |
|
|
21-05-2012 |
|
|
||
ĆWICZENIE LABORATORYJNE Z FIZYKI
Temat: Wyznaczanie stosunku cp/cv dla powietrza metodą Clementa i Desormesa
Prowadzący ćwiczenie:
Ocena: |
|||
Celem ćwiczenia było wyznaczenie stosunku Cp/Cv . Symbole odpowiednio oznaczają: cp - ciepło właściwe pod stałym ciśnieniem, cv - ciepło właściwe w stałej objętości. Ciepło właściwe jest to ilość ciepła, jaką należy dostarczyć 1 kg gazu, aby ogrzać go o 1 K.
W czasie wykonywania ćwiczenia gaz poddawany był trzem przemianom: adiabatycznej, izochorycznej i izotermicznej. W balonie szklanym znajduje się powietrze pod cisnieniem atmosferycznym p0. Za pomocą pompki zwiększamy ciśnienie do p0+p1 . otwierając na kilka sekund zawór k2 łączący balon z powietrzem atmosferycznym powodujemy adiabatyczne rozprężanie gazu. W skutek rozprężenia adiabatycznego temperatura gazu w balonie obniża się, gdyż praca rozprężania odbywa się kosztem obniżenia energii wewnętrznej gazu. Po kilku sekundach, gdy ciśnienie w balonie zrówna się z ciśnieniem atmosferycznym p0 , zamykamy zawór k2. gaz powoli ogrzewa się do temperatury otoczenia. W skutek tego ciśnienie wzrasta do p0+p2 . aby wyznaczyć k należy zmierzyć wskazania manometru h1 i h2.
h1 - różnica wysokości słupa cieczy po zwiększeniu ciśnienia i wyrównaniu się temperatury gazu z temperaturą otoczenia,
h2 - różnica wysokości słupa cieczy po adiabatycznym rozprężaniu i ustaleniu się poziomu cieczy w manometrze.
CIEPŁO MOLOWE cp (lub cv) - ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1 mol gazu o 1 K (1 °C) pod stałym ciśnieniem (odpowiednio objętością).
CIEPŁO WŁAŚCIWE Cp (lub Cv) - ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury jednostki masy o 1 K (1 °C) pod stałym ciśnieniem (odpowiednio objętością).
PRZEMIANA IZOTERMICZNA - temperatura gazu nie zmienia się, pozostaje również niezmienna masa gazu. Zmianie ulega ciśnienie i objętość. Zachowanie się gazu opisuje prawo Boyle'a - Mariotte'a, które stwierdza: iloczyn ciśnienia przez objętość gazu pozostaje stały.
pv = nRT
W przemianie izotermicznej pozostaje niezmienna energia wewnętrzna gazu, która wyraża się wzorem:
ΔU = cv m ΔT = C n ΔT
ΔU = 0 ,bo ΔT = 0
Z pierwszej zasady termodynamiki:
ΔU = Q + W Q = - W
Q - ciepło dostarczone (oddane) do gazu
W - praca wykonana nad układem (przez układ)
Możemy odczytać to następująco: dostarczone do gazu ciepło w 100% zostaje zużyte na pracę rozprężania gazu.
PRZEMIANA IZOCHORYCZNA - objętość gazu nie zmienia się. Zmieniają się ciśnienie i temperatura. Gaz podlega prawu Charlesa:
= const.
W przemianie tej gaz nie wykonuje pracy:
W = - p ΔV ( ΔV = 0), to W = 0
Dlatego ciepło dostarczone do gazu zostaje zużyte na wzrost energii wewnętrznej.
Q = ΔU = Cv n ΔT
PRZEMIANA IZOBARYCZNA - ciśnienie gazu nie zmienia się, zmieniają się temperatura i objętość. Gaz podlega prawu Gay - Lussaca:
= const.
W przemianie izobarycznej gaz wykonuje pracę, która wyraża się wzorem: W = - p ΔV
Z I zasady dynamiki: Q = ΔU + (- W)
Interpretacja: część dostarczonego ciepła powoduje przyrost energii wew. ΔU a pozostała ilość ciepła zostaje zużyta na pracę (-w), wykonaną przez gaz na pokonanie ciśnienia zewnętrznego podczas rozpręzania gazu.
Q = Cp n ΔT Qp > QV
PRZEMIANA ADIABATYCZNA - w tym procesie gaz nie wymienia ciepła z otoczeniem. Q = 0
Wnioski:
Na przebieg doświadczenia miały wpływ czynniki zewnętrzne takie, jak:
gwałtowne, chwilowe zmiany temperatury wywołane przez przeciąg oraz zmiana temperatury spowodowana obecnością osób,
na dokładność odczytywania wyników h1 i h2 mógł mieć wpływ błąd paralaksy.
Metoda Clementa i Desermesa pozwala w prosty sposób wyznaczyć współczynnik adiabaty nie wymaga ona specjalistycznego sprzętu laboratoryjnego.
2
2