Лабораторная работа №1


НазваниеЛабораторная работа №1
страница1/8
Дата публикации16.03.2013
Размер0.84 Mb.
ТипЛабораторная работа
referatdb.ru > Математика > Лабораторная работа
  1   2   3   4   5   6   7   8
Лабораторная работа № 1

Определение удельной газовой постоянной воздуха
Цель работы. Ознакомление с методикой экспериментального определения удельной газовой постоянной воздуха, изучение термических параметров и уравнения состояния идеального газа.

Вводная часть

Термические параметры. К термическим параметрам состояния относятся удельный объём (плотность), давление и температура.

Удельным объёмом называется отношение объёма однородного вещества к его массе:

, [] = [V] / [m]= 1 м3 /1кг = 1 м3/ кг.

Удельный объём численно равен объёму, занимаемому веществом единичной массы. Кубический метр на килограмм равен удельному объёму однородного вещества, объём которого при массе 1 кг равен 1 м3.

Величину, равную отношению массы однородного вещества к его объёму, т. е. величину, обратную удельному объёму, называют плотностью:

, [] = 1 кг/м3.

Плотность численно равна массе вещества, заключённого в единице объёма. Килограмм на кубический метр равен плотности однородного вещества, масса которого при объёме 1 м3 равна 1 кг.

Давление – величина, равная отношению элементарной силы, действующей на элемент поверхности нормально к ней, к элементарной площади этого элемента1:

.


При равномерном распределении силы ^ F по поверхности площадью A давление выражается формулой:

p = F/A.

Единица давления СИ: [p] = [F] / [A] = 1 H /1 м2 = 1 Па.

Единице давления СИ присвоено специальное наименование паскаль (Па) в честь французского математика Блеза Луи Паскаля (1623 – 1662).

Паскаль равен давлению, вызываемому силой 1 Н, равномерно распределённой по поверхности площадью 1 м2 , расположенной перпендикулярно силе.

Давление 1 Па по сравнению с атмосферным давлением очень маленькая величина и для практического пользования используется внесистемная единица бар: 1 бар = 105 Па = 0,1 МПа.

В технической литературе прошлых лет издания, а также при проведении измерений использовались (и до сих пор используются, хотя не рекомендуются) в качестве единицы давления техническая атмосфера (единица системы МКГСС) и внесистемные единицы: бар, физическая атмосфера (атмосфера физическая), мм рт. ст и мм вод. ст (с помощью последних измеренное давление сравнивают с давлением столба жидкости — воды, ртути, спирта).

Связь между различными единицами давления следующая:

^ 1 атмосфера техническая = 1 ат = 1 кгс/см2 = 0,981105 Па =
= 735,6 мм рт. ст = 10 м вод. ст; 1 ат 0,1 МПа;

^ 1 атмосфера физическая = 1 атм = 760 мм рт. ст = 101325 Па =
= 1,033 ат = 10,33 м вод.ст;

1 мм вод. ст = 9,81 Па; 1 мм рт. ст = 133,322 Па.

Различают абсолютное давление p (в дальнейшем – просто давление), барометрическое или атмосферное давление pб = pа , измеряемое барометром, избыточное давление pи, измеряемое манометром, и разрежение рр (не следует применять термин “вакуум вместо разрежения, т. к.. вакуум не является физической величиной), измеряемое вакуумметром.

Избыточным давлением называется разность между давлением газа в сосуде и атмосферным давлением:

pи = p – pа.

Если давление в сосуде меньше атмосферного, то разность между атмосферным давлением и давлением в сосуде называется разрежением

pр = pа p.

Из этой формулы видно, что минимальное разрежение равно нулю (давление в сосуде равно атмосферному), а максимальное – атмосферному (давление в сосуде равно нулю). Поскольку атмосферное давление не постоянно, то и максимальное разрежение не является постоянной величиной. Возникает вопрос: может ли вакуумметр показать разрежение больше 760 мм рт.ст? Ответ: может, если атмосферное давление в момент измерения превышает 760 мм рт.ст.

На рисунке 1 представлена графическая связь между рассмотренными видами давления, а на рисунке 2 показаны способы их измерения.





Температура. Температура характеризует степень нагретости тела (интенсивность хаотического, теплового движения микрочастиц тела). Непосредственно измерить температуру пока не удаётся. Однако с изменением температуры изменяются многие свойства тел, которые относительно легко измерить, например, объём, давление, электрическое сопротивление и другие.1 Изобретение термометра (первого измерительного теплового прибора) можно рассматривать как начало развития термодинамики, так как понятие температуры является основным в учении о тепловых процессах.

В 1592 году Галилей2 во время лекции демонстрировал прообраз термометра (термоскопа). Термометр Галилея состоял из стеклянного шара, наполненного воздухом; от нижней части шара отходила трубка, частично заполненная водой, которая заканчивалась в сосуде с водой. Когда воздух в шаре нагревался или охлаждался, уровень воды в стеклянной трубке изменялся, что служило указанием на отклонение температуры от первоначального значения.

Первый современный термометр был описан в 1724 г. немецким физиком Д. Фаренгейтом (1686 – 1736). За начало шкалы (нуль температуры) он предложил принять температуру таяния смеси льда с нашатырём или поваренной солью (которая оказалась равной – 17,8 оС). Вторую точку он получил, погружая термометр в смесь льда и воды. Интервал между этими двумя точками он разделил на 32 части. В качестве третьей опорной точки он брал температуру человека, которую он округлил до 96 единиц (величины, кратной 32), что равняется 35,6 оС (одни исследователи считают, что это была температура здорового человека, которая постепенно приняла значение 36,6 оС в наши дни, а другие,— что в качестве “эталона” был взят человек, которого знобило).

В качестве четвёртой опорной точки он брал температуру кипения воды, составившую 212 единиц (градусов). Таким образом, интервал от точки таяния льда до точки кипения воды по шкале Фаренгейта равен 180о. Применяют термометры со шкалой Фаренгейта (рисунок 3) в англоязычных странах (Великобритания, США, Канада и др.). Читая английские книги, не следует удивляться, что температура ребенка 98о не вызывает тревоги у матери.

Во Франции в употребление вошла шкала Р. Реомюра (1683 – 1757), предложенная им в 1730 году. В этой шкале в качестве реперных точек выбраны температура таяния льда и кипения воды при нормальном давлении в 1 атмосферу. Интервал между этими точками разбит на 80 частей и 1/80 часть представляет собой градус Реомюра. До революции в России была принята шкала Реомюра — термометры Реомюра висели на улицах и во всех домах. Лишь в тридцатых годах они были вытеснены термометрами Цельсия. В настоящее время шкала Реомюра не применяется.

В 1742 году шведский физик А. Цельсий (1701 – 1744) разделил интервал между температурами плавления льда и кипения воды на 100 частей. Точке кипения воды он присвоил при этом значение температуры, равное 0, точке плавления льда — 100. В 1750 г. Трёмер переменил местами числа градусов у температуры плавления и кипения воды. Эта шкала получила название стоградусной термодинамической температурной шкалы или шкалы Цельсия (см. рис. 3).





Жидкостные термометры, заполненные ртутью или этиловым спиртом, а при низких температурах — пентаном, применяют и в настоящее время, несмотря на присущие им недостатки, связанные с зависимостью их показаний от свойств термометрического вещества (с зависимостью температурного коэффициента объёмного расширения от температуры).

Особое место занимают газовые термометры, в которых термометрическим веществом являются газы (азот, водород, гелий) при малых давлениях. Принцип действия газовых термометров основан на линейной зависимости объёма газа от температуры при постоянном давлении, устанавливаемой законом Гей-Люссака

, (1)

где V0 – объём при температуре Цельсия TC = t= 0 оС;

= 1 / 273,15 K – 1 = 0,003661 K–1 — температурный коэффициент объёмного расширения газа при постоянном давлении, остающийся практически постоянным в большом интервале температур при малом давлении для многих газов.

Процесс, протекающий при постоянном давлении, называется изобарным. Для газа такой процесс для различных давлений в соответствии с зависимостью (11) изобразится прямыми линиями в диаграмме TC V (рисунок 4). Все изобары пересекают ось TC в одной и той же точке а, определяемой из условия Vа = 0 или , откуда

.

С
местив начало отсчёта температур в эту точку, мы перейдём от шкалы температур по Цельсию к другой температурной шкале, которая называется абсолютной термодинамической шкалой1 или шкалой Кельвина; единица температуры в этой шкале получила наименование кельвин (К) в честь английского физика В.Томсона (1824 – 1907), который первым в 1848 году предложил отсчитывать температуру от абсолютного нуля (шкалу Кельвина)2.

Связь между температурой по шкале Кельвина ^ T (в дальнейшем термодинамической температурой, т. к. она имеет глубокий физический смысл, связанный с движением отдельных молекул) и температурой TC по шкале Цельсия (в дальнейшем температурой Цельсия) устанавливается соотношением (см. рис. 4)

T = TC + 1/ = TC + 273,15 K = TC + T0 (2)

где T – термодинамическая температура (температура Кельвина), К;

TC = t – температура Цельсия, оС;

T0 = 273,15 К – термодинамическая температура таяния льда.

Таким образом, шкалы Кельвина и Цельсия просто смещены друг относительно друга. ^ Единицы температур Цельсия и Кельвина равны по значению, так как характеризуют одну и ту же порцию измеряемого свойства (как будет показано далее — интенсивность хаотического движения отдельных молекул газа):

[TC] = 1 oC = [T] = 1 K, (3)

следовательно, термины “градус Цельсия” и “кельвинявляются синонимичными наименованиями одной и той же порции измеряемого свойства.1 Поэтому разность температур (температурный интервал) может выражаться как в кельвинах, так и в градусах Цельсия (см. рисунок 3):

t = t2t1 = 115 оС = T2T1 = 115 K = T (4)

Количество вещества. Количество (совокупность) частиц (структурных единиц, элементов — атомов, молекул, ионов и т. п.), содержащихся в теле, характеризуется числом частиц N, которое не имеет собственной единицы. Число частиц N — величина, имеющая большое числовое значение даже для тел малой массы (например, водород массой 2 г содержит число молекул порядка 10 23 ) и поэтому она мало пригодна для практических расчетов изменения запаса вещества в системе.. Поэтому возникла необходимость задавать количество частиц системы не числом отдельных частиц N, а числом укрупнённых порций таких частиц {}.

В качестве такой укрупнённоё порции частиц принято брать число атомов, содержащихся в порции изотопа углерода 12С массой 0,012 кг (12 г). Это число частиц можно получить, если разделить массу m этой порции углерода на массу одного атома углерода m(12C) = 1,992648210 –26 кг,

NA = m/m(12C) = 0,012 кг/1,992648210 –26 кг = 6,022136710 23. (5)

Этому числу частиц было присвоено наименование “число Авогадро” в честь итальянского физика Амедео Авогадро (1776 – 1856), сформулировавшего в 1811 г. закон (закон Авогадро), согласно которому в равных объёмах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое количество молекул1.

Порция вещества, характеризуемая числом частиц NA =
= 6,022136710 23, названа молем (моль), а физическая величина, характеризующая запас (количество) вещества в таких укрупнённых порциях, – количеством вещества .
  1   2   3   4   5   6   7   8

Похожие рефераты:

Лабораторная работа №1. Файлы. Виды файлов. Типизированные файлы 1-модуль
Лабораторная работа №4. Тeкстовые файлы, их описание и основные отличия от типизированных файлов
Система динамических презентаций power point лабораторная работа №
Лабораторная работа № Знакомство с приложением PowerPoint. Создание слайдов. Вставка в слайды различных объектов. Шрифтовое и графическое...
Лабораторная работа 03 "текстовые задачи 1"
Избранные вопросы элементарной математики Лабораторная работа 03 "текстовые задачи 1"
Лабораторная работа №2: Создание er-модели и ее нормализация. Создание...
Лабораторная работа №3: Проектирования бд на основе декомпозиции универсального отношения
Лабораторная работа №13. Изучение протоколов статической маршрутизации
Лабораторная работа №13. Изучение протоколов статической маршрутизации rip, ospf с использованием Packet Tracer XX
Лабораторная работа №4 Организация движения хозяйственных, восстановительных,...
Рецензент – заместитель начальника отдела перевозок Гомельского отделения Белорусской железной дороги С. В. Прокопенко
Лабораторная работа 06 "квадратный трехчлен и прогрессии"

Лабораторная работа 08 "основные понятия и формулы тригонометрии"

Лабораторная работа №6 Тема: «Формы, регистры и организация бухгалтерского учета»

Лабораторная работа Работа в среде nc. Общий вид, клавиши f 1- f 3 Цель работы
Цель работы: отработать основные навыки по работе в среде nc, познакомиться с общим видом окна и основными клавишами F1-F3

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза