I BD 1999-03-05

1998/99r.

Rybak Krzysztof

SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA NR 5 .

TEMAT : WYZNACZANIE WARTOŚCI DLA POWIETRZA METODĄ

CLEMENTA I DESORMESA .

1. Zagadnienia teoretyczne .

Termodynamika to dział fizyki zajmujący się zjawiskami cieplnymi (termicznymi) zachodzącymi w układach makroskopowych.

Gazami nazywamy substancje charakteryzujące się dużą ściśliwością (sprężystością objętościową - dużymi zmianami objętości pod działaniem sił zewnętrznych) oraz dużą rozprężliwością (dążnością do wypełnienia całej objętości).

Stan gazu określany jest przez podanie trzech jego parametrów:

- T [K] - temperatury bezwzględnej,

- p [N/m²] - ciśnienie,

-V [m³] - objętość.

Są trzy podstawowe zasady termodynamiki :

I zasada termodynamiki - to prawa zachowania energii dla układów termodynamicznych. Z zasady tej wynika istnienie funkcji stanu U zwanej energią wewnętrzną. W dowolnej przemianie termodynamicznej układu zamkniętego zmiana energii wewnętrznej jest równa ciepłu dostarczonemu do układu i pracy wykonanej nad układem.

dU = dQ + dW (W i Q zależą od rodzaju procesu).

Z mikroskopowego punktu widzenia U jest równe sumie średnich wartości energii kinetycznej bezładnego ruchu (postępowego, obrotowego, drgań) cząsteczek układu oraz energii oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrzcząsteczkowych (energii potencjalnej).

II zasada termodynamiki - prawo określające kierunek procesów zachodzących w układach makroskopowych. Można ją sformułować jako niemożność zrealizowania perpetum mobile II-giego rodzaju, tj. że niemożliwe jest pobieranie ciepła z jednego termicznie jednorodnego ciała i zamiana go na pracę bez wprowadzenia zmian w otoczeniu (tj. niemożliwy jest proces, którego jednym wynikiem jest przekazywanie energii w postaci ciepła od ciała o niższej temperaturze, bez wprowadzania zmian w otoczeniu).Z zasady tej wynika istnienie funkcji stanu S zwanej entropią. (definicja: zmiana ΔS w izotermicznym procesie odwracalnym jest równe stosunkowi ciepła dostarczonego układowi do temperatury bezwzględnej układu - prawo wzrostu entropii).

III zasada termodynamiki - przy T > 0 K entropia dąży do zera.

Dla gazu doskonałego parametrów gazu nie można zmieniać dowolnie. Jeśli masa gazu jest stała są one ze sobą związane tzw. równaniem stanu:

Lub równaniem stanu Mendelejewa - Clapyerona:

Gdzie:

n - liczba moli gazu, n=m/μ

m- masa gazu,

μ - masa kilomola gazu,

R - uniwersalna stała gazowa (R = 8.314* 10 J/kmol*K);

Równanie stanu gazu wynika z doświadczalnie znalezionych praw w sytuacjach, gdy jeden z parametrów gazu jest stały, a mianowicie przemian gazowych:

1. gdy T = const.

zachodzący proces nazywa się izotermicznym; zależność

ciśnienia od objętości podaje prawo Boylea'a i Mariotte'a

p ⋅ v = const.

2. gdy p = const.

Zachodzący proces nazywa się izobarycznym; zależność objętości od temperatury podaje prawo Gay - Lussaca

.

3. gdy V = const.

Zachodzący proces nazywa się izochorycznym; zależność ciśnienia od temperatury podaje prawo Charlesa

.

4. Przemiana adiabatyczna - bez wymiany ciepła z otoczenia; zależność ciśninia od

objętości podaje prawo Poissona

(p.* V
gdzie χ - wykładnik adiabatyczny)

Cząsteczki każdego gazu w tenperaturze T poruszają się zawsze z pewnymi prędkościami. Wzór opisujący ruch cząsteczek jako pierwszy wprowadził Maxwell

ΔN =

gdzie:

N - liczba wszystkich cząsteczek

Energia kinetyczna całej masy gazu, czyli N cząsteczek wynosi E_k =N ⋅f ⋅

gdzie: f - ilość stopni swobody cząsteczki gazu.

Ciepłem właściwym nazywamy stosunek ilości ciepła pobranego do masy układu oraz do zmiany temperatury wywołanej pobraniem ciepła

c =

Wartość c zależy od rodzaju substancji a w szczególności od stanu skupienia.

Pomiędzy ciepłem przy stałej objętości C_v i stałym ciśnieniu C_p zachodzi związek.

- wykładnik adiabatyczny

2). Wykonanie ćwiczenia:

1. Zamknąć kurek K₁ i zagęszczać w butli powietrze za pomocą pompki do momentu, gdy różnica poziomu cieczy wyniesie kilka podziałek.

2. Odczekać kolka minut, by różnica poziomów w monometrze ustaliło się, odczytać ją i oznaczyć h₁ .

3. Otworzyć kurek K₁ , aby ciśnienie w butli wyrównało się z ciśnieniem atmosferycznym.

4. Odczekać kilka minut, aż wskazania monometru ustalą się. Zapisać nadwyżkę ciśnienia h₂ .

5. Obliczyć wartość
   .

6. Tabelka.

Lp.	h1	h2	h1 - h2
-	[m]	[cm]	[cm]	[-]	-
1.	14,7	3,4	11,3
2.	7,4	1,6	5,8
3.	6,6	1,5	5,1
4.	14,3	3,3	11,0
5.	12,1	2,7	9,4
6.	10,6	2,5	8,1
1,2944

7. Obliczenia:

Obliczenie błędu:

8. Wnioski.

Można stwierdzić, że ćwiczenie zostało prawidłowo wykonane, albowiem różnica pomiędzy wartością
0,0142 wyliczonego przez nas, a wyczytaną z tablic
jest niewielką. Zważywszy na to, że nie zostały zachowane wszystkie warunki pomiarowe.

1

3