Файл: Лабораторная работа 131 Определение универсальной газовой постоянной методом откачки.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 427
Скачиваний: 10
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Лабораторная работа №131Определение универсальной газовой постоянной методом откачкиЦель работы: экспериментальное определение универсальной газовой постоянной R.Краткая теорияТермодинамической системой называется совокупность тел (газы, жидкости и т.д.), способных обмениваться с внешней средой энергией и веществом. Состояние термодинамической системы характеризуют физическими величинами, называемыми термодинамическими параметрами. К ним относятся давление, температура, объём, плотность и т.д.Давлением называется среднее значение силы, действующей по нормали на единицу площади поверхности со стороны молекул газа или жидкости:Размерность давления в Международной системе единиц измерения физических величин СИ:В рамках молекулярно-кинетической теории температура характеризует интенсивность теплового движения молекул вещества.Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы газа пропорциональна температуре:где k = 1,38 10-23 Дж/К – постоянная Больцмана. Определенная таким образом температура Т называется абсолютной и измеряется по шкале Кельвина. Размерность: Т К (градус Кельвина). Между абсолютной и температурой по шкале Цельсия существует линейная связь:Плотностью вещества называется физическая величина, равная массе вещества, содержащегося в единице объёма:Плотность вещества обратно пропорциональна удельному объёму:Параметры состояния – величины, зависимые друг от друга. Уравнение вида:
связывающее функциональной зависимостью параметры состояния, называется термическим уравнением состояния системы. Теоретически уравнение состояния определяется только для идеального газа. Газ называется идеальным, если выполнены три условия:1) молекулы имеют пренебрежительно малые размеры;2) молекулы не взаимодействуют друг с другом;3) соударения молекул абсолютно упругие.Состояние идеального газа определяется уравнением Менделеева-Клапейрона:Здесь m – масса газа,µ – молярная масса, – универсальная газовая постоянная.Величина:называется количеством вещества и измеряется в моль. 1 моль – такое количество вещества, в котором содержится столько молекул, сколько имеется атомов в 12 г изотопа углерода С12. Число молекул в 1 моле вещества называется числом Авогадро:NA = 6,02 1023 моль-1.Описание методики измеренияУниверсальную газовую постоянную можно определить из уравнения Менделеева-Клапейрона. Все величины, входящие в это уравнение, можно определить непосредственно, за исключением массы газа, т.к. её можно измерить только вместе с массой сосуда m0. Массу сосуда можно исключить, используя уравнение Менделеева-Клапейрона для двух разных давлений P1 и P2 при неизменных объёме и температуре:Решив эти уравнения относительно R, находим:Описание установкиПриборы и принадлежности: стеклянная колба, насос Комовского, манометр, весы с разновесами.Общий вид установки представлен на рисунке 17.
Рис.17. Лабораторная установка на основе наноса КомовскогоУстановка состоит из стеклянной колбы 1 с краном 2, ручного насоса 4. Давление газа после откачки измеряется манометром 3. Манометр измеряет избыточное давлениеPu = P2 – P1.Поэтому расчётная формула имеет вид: (109)Измерения и обработка результатов измерений1. Снять резиновую трубку с колбы, открыть кран и определить суммарную массу колбы и содержащегося в ней воздуха (m0 + m1).2. Колбу соединить с насосом и откачать воздух примерно до значения Рu = -0,8 кГс/см2. Измерить Рu и закрыть кран.3. Определить массу колбы с оставшимся воздухом (m0 + m2). Трубку предварительно отсоединить.4. Определить массу откаченного воздуха как разность5. Измерить температуру Т воздуха в лаборатории.6. По формуле (109) вычислить значение универсальной газовой постоянной R. Значение молярной массы можно взять для азота.7. Измерения выполнить три раза. Результаты измерений занести в таблицу 13.Таблица 13
V=2 л = 2·10-3 м3;t = 26°С = 26 + 273 = 299 К;μ = 0,028 кг/моль;коэффициент Стьюдента принять 1,9.8. Вычислить доверительный интервал гдеt (, n) – коэффициент Стьюдента, n – количество независимых опытов. = 0,25R = 7,48±0,25 (Дж/моль·К)9. Среднее значение R, вычисленное по результатам опытов, сравнить с теоретическим значением. Определить основные источники погрешностей.Rтеор = 8,31 Дж/моль·КRвыч = 7,48 Дж/моль·ККонтрольные вопросы1. Какие величины называются параметрами состояния? Дайте их определение.Параметры состояния – величины, зависимые друг от друга. Уравнение вида:связывающее функциональной зависимостью параметры состояния, называется термическим уравнением состояния системы. Теоретически уравнение состояния определяется только для идеального газа.2. Какой газ называется идеальным?Газ называется идеальным, если выполнены три условия:1) молекулы имеют пренебрежительно малые размеры;2) молекулы не взаимодействуют друг с другом;3) соударения молекул абсолютно упругие.3. Как записывается уравнение состояния идеального газа?Состояние идеального газа определяется уравнением Менделеева-Клапейрона:4. Что называется одним молем вещества?1 моль – такое количество вещества, в котором содержится столько молекул, сколько имеется атомов в 12 г изотопа углерода С12. 5. Какие факторы влияют на точность измерений параметров состояния газа?На точность полученных результатов влияли следующие факторы: класс измерительного прибора, точность отсчета при измерении.
связывающее функциональной зависимостью параметры состояния, называется термическим уравнением состояния системы. Теоретически уравнение состояния определяется только для идеального газа. Газ называется идеальным, если выполнены три условия:1) молекулы имеют пренебрежительно малые размеры;2) молекулы не взаимодействуют друг с другом;3) соударения молекул абсолютно упругие.Состояние идеального газа определяется уравнением Менделеева-Клапейрона:Здесь m – масса газа,µ – молярная масса, – универсальная газовая постоянная.Величина:называется количеством вещества и измеряется в моль. 1 моль – такое количество вещества, в котором содержится столько молекул, сколько имеется атомов в 12 г изотопа углерода С12. Число молекул в 1 моле вещества называется числом Авогадро:NA = 6,02 1023 моль-1.Описание методики измеренияУниверсальную газовую постоянную можно определить из уравнения Менделеева-Клапейрона. Все величины, входящие в это уравнение, можно определить непосредственно, за исключением массы газа, т.к. её можно измерить только вместе с массой сосуда m0. Массу сосуда можно исключить, используя уравнение Менделеева-Клапейрона для двух разных давлений P1 и P2 при неизменных объёме и температуре:Решив эти уравнения относительно R, находим:Описание установкиПриборы и принадлежности: стеклянная колба, насос Комовского, манометр, весы с разновесами.Общий вид установки представлен на рисунке 17.
Рис.17. Лабораторная установка на основе наноса КомовскогоУстановка состоит из стеклянной колбы 1 с краном 2, ручного насоса 4. Давление газа после откачки измеряется манометром 3. Манометр измеряет избыточное давлениеPu = P2 – P1.Поэтому расчётная формула имеет вид: (109)Измерения и обработка результатов измерений1. Снять резиновую трубку с колбы, открыть кран и определить суммарную массу колбы и содержащегося в ней воздуха (m0 + m1).2. Колбу соединить с насосом и откачать воздух примерно до значения Рu = -0,8 кГс/см2. Измерить Рu и закрыть кран.3. Определить массу колбы с оставшимся воздухом (m0 + m2). Трубку предварительно отсоединить.4. Определить массу откаченного воздуха как разность5. Измерить температуру Т воздуха в лаборатории.6. По формуле (109) вычислить значение универсальной газовой постоянной R. Значение молярной массы можно взять для азота.7. Измерения выполнить три раза. Результаты измерений занести в таблицу 13.Таблица 13
| № п/п | (m0 + m1)·10-3, кг | Ри, ·104 Па | (m0 + m2)·10-3, кг | (m1 – m2)·10-3, кг | R, Дж/моль·К | ΔR | SΔR |  |
| 1 | 437,0 | 7,85 | 435,0 | 2,0 | 7,35 | -0,13 | 0,13 | 7,48 |
| 2 | 437,1 | 435,1 | 2,0 | 7,35 | -0,13 | |||
| 3 | 438,7 | 436,8 | 1,9 | 7,74 | 0,26 |
V=2 л = 2·10-3 м3;t = 26°С = 26 + 273 = 299 К;μ = 0,028 кг/моль;коэффициент Стьюдента принять 1,9.8. Вычислить доверительный интервал гдеt (, n) – коэффициент Стьюдента, n – количество независимых опытов. = 0,25R = 7,48±0,25 (Дж/моль·К)9. Среднее значение R, вычисленное по результатам опытов, сравнить с теоретическим значением. Определить основные источники погрешностей.Rтеор = 8,31 Дж/моль·КRвыч = 7,48 Дж/моль·ККонтрольные вопросы1. Какие величины называются параметрами состояния? Дайте их определение.Параметры состояния – величины, зависимые друг от друга. Уравнение вида:связывающее функциональной зависимостью параметры состояния, называется термическим уравнением состояния системы. Теоретически уравнение состояния определяется только для идеального газа.2. Какой газ называется идеальным?Газ называется идеальным, если выполнены три условия:1) молекулы имеют пренебрежительно малые размеры;2) молекулы не взаимодействуют друг с другом;3) соударения молекул абсолютно упругие.3. Как записывается уравнение состояния идеального газа?Состояние идеального газа определяется уравнением Менделеева-Клапейрона:4. Что называется одним молем вещества?1 моль – такое количество вещества, в котором содержится столько молекул, сколько имеется атомов в 12 г изотопа углерода С12. 5. Какие факторы влияют на точность измерений параметров состояния газа?На точность полученных результатов влияли следующие факторы: класс измерительного прибора, точность отсчета при измерении.