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: 115
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Лабораторная работа №131
Определение универсальной газовой постоянной методом откачки
Цель работы: экспериментальное определение универсальной газовой постоянной R.
Краткая теория
Термодинамической 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 измерения
Универсальную 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 установки
Приборы и принадлежности: стеклянная колба, насос Комовского, манометр, весы с разновесами.
Общий вид установки представлен на рисунке 17.
Рис.17. Лабораторная установка на основе наноса Комовского
Установка состоит из стеклянной колбы 1 с краном 2, ручного насоса 4. Давление газа после откачки измеряется манометром 3. Манометр измеряет избыточное давление
Pu = P2 – P1.
Поэтому расчётная формула имеет вид:
(109)Измерения и обработка результатов измерений
1. 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 разность
5. 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·К
Rвыч = 7,48 Дж/моль·К
Контрольные вопросы
1. 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.