Определение универсальной газовой постоянной

Оборудование: 1) шар для взвешивания воздуха с резиновым патрубком и винтовым зажимом; 2) манометр с пределами измере­ния от –1,0 до 1,5 атм; 3) термометр от 0 до 30˚С, 4) насос воздуш­ный ручной; 5) весы технические (нагрузка до 1кг) с разновесами; 6) тройник стеклянный; 7) три резиновые трубки длиной по 20–30 см.

В предлагаемой работе определение универсальной газовой постоянной производится из сравнения двух различных состояний газа. Если масса m₁ занимает в баллоне объем V₁ при давлении р₁ и температуре T₁, то это состояние может быть описано уравнением Менделеева–Клапейрона:

(1)

При изменении массы газа путем откачки или нагнетания его в баллон без изменения температуры образуется второе состояние газа, определяемое следующими параметрами: m₂, p₂, V₁, T₁. Урав­нение Менделеева–Клапейрона для этого состояния можно запи­сать так:

(2)

Вычитая из равенства (2) равенство (1), получим:

отсюда

Здесь объем газа V₁ и температура T₁ для обоих состояний остаются постоянными. Давления p₁ и p₂ легко измеряются с помощью ма­нометра. Для определения же разности m₂–m₁ достаточно произ­вести два взвешивания: определить массу баллона с газом для од­ного и другого состояний и найти разность между результатами взвешивания. Пусть, например, m_б – масса баллона, тогда

и

отсюда

где m' и m"– массы баллона с газом для соответствующих состоя­ний, μ = 2,9·10^-2 кг/моль.

Выполнение работы

Измеряют температуру воздуха в помещении. Записывают объем шара (объем обозначен на стенке шара, например, 1,23 дм³). Собирают установку. С помощью стеклянного тройника и резино­вых трубок соединяют шар с манометром и откачивающим патруб­ком насоса. Медленно откачивая воздух, понижают давление в ши­ре до 0,5 атм и надежно сжимают резиновый патрубок винтовым зажимом. Отсоединяют шар от установки и взвешивают его.

Для того чтобы получить второе состояние воздуха, отпускают зажим у шара и подключают его вновь к установке, а резиновую трубку с разрежающего патрубка насоса переставляют на нагне­тающий. С помощью насоса доводят давление воздуха в системе до 1 атм. Снова сжимают патрубок у шара, отсоединяют шар от систе­мы и взвешивают его. Опыт повторяют ещё 2–3 раза, увеличивая каждый раз давление на 0,5 атм и определяя массу шара с воздухом. Все результаты измерений заносят в таблицу:

№ опыта
ρ, 10^4 Н/м^2
m, 10^-3 кг

Пользуясь данными таблицы, вычисляют значение универ­сальной газовой постоянной R для каждого состояния, а затем ее среднее значение.

№ состояний	1-2	1-3	1-4	1-5	2-3	2-4	2-5	3-4	3-5
R,

Дата добавления: 2014-11-07