Проведение измерений. Подготовка к эксперименту

Подготовка к эксперименту

Описание установки

Работа газа демонстрируется с помощью установки, которая использовалась в экспериментах по изотермическому процессу (рис. 2). Датчик объема, входящий в состав установки для демонстрации изотермического процесса, требует предварительной настройки. Для ее выполнения после подключения датчика к компьютеру следует перевести поршень в крайнее нижнее положение. При этом включится индикатор готовности (загорится второй светодиод на корпусе прибора). Если по каким-либо причинам установка отключалась от компьютера, то процедуру настройки необходимо выполнить заново.

1. Закрепите элементы демонстрационной установки в штативе.

2. Подключите кабели датчика давления и датчика изменения объема к компьютеру.

3. Установите поршень в положение, соответствующее отметке 50 мл, после чего присоедините датчик давления. При этом Вы отсоединяете установку от окружающего воздуха.

4. Запустите программу «Цифровая лаборатория», выберите раздел «Газовые законы и свойства насыщенных паров», а в нем – эксперимент «Работа при сжатии и расширении газа», подпункт – «эксперимент 2». При этом должен засветиться один из двух светодиодов на корпусе прибора, что свидетельствует о наличии питания.

5. Вращая рукоятку винта по часовой стрелке, до предела уменьшите объем газа в резервуаре. Затем вращайте рукоятку в обратном направлении до тех пор, пока не загорится второй светодиод на корпусе прибора – это сигнализирует о том, что прибор готов к работе.

6. Верните поршень в положение, соответствующее минимальному объёму газа.

7. Наполните два сосуда водой. В первый сосуд налейте горячей (70°С) воды. Второй сосуд нужно наполнить холодной водой.

1. Запустите измерения, нажав кнопку , и убедитесь, что датчики подключены правильно, и исходные значения давления и объема составляют примерно 170 кПа и 35 мл (калибровка датчика объема учитывает объем трубки, соединяющей резервуар с датчиком давления)

2. Опустите резервуар с исследуемым газом в холодную воду (желательно с температурой 5 - 10°С). Подождите пока газ не придет в термическое равновесие с водой (это занимает не более минуты).

3. Плавно вращая рукоятку винта, переведите поршень в положение, соответствующее объему газа 65 мл. Площадь под графиком будет залита красным цветом, что означает положительную работу газа. Справа в середине экрана будет выведено численное значение работы в Джоулях.

4. Опустите установку в горячую воду. Подождите до тех пор, пока давление газа, показываемое цифровым индикатором, перестанет изменяться. Обратите внимание, что несмотря на то, что газ нагревается, он не совершает работу.

5. Плавно вращая рукоятку винта, верните поршень в исходное положение (минимальный объем газа). Площадь под графиком изотермического процесса будет закрашиваться синим. Обратите внимание на то, что области, которые одновременно получаются «закрашенными» и красным и синим, принимают исходный цвет экрана (белый), т.е. суммирование работы идет с учетом ее знака.

6. Опустите установку в холодную воду. Подождите, пока газ остынет, и его температура и давление (на экране) перестанут изменяться. Завершив измерения, нажмите кнопку .

Таким образом, завершится циклический процесс, состоящий в изотермическом увеличении объема газа, изохорном росте давления при увеличении температуры, изотермическом уменьшении объема и изохорном уменьшении давления при охлаждении газа.

Описанный процесс – это лишь один из возможных вариантов проведения экспериментов. Вы можете сами выбирать нагрев и охлаждение, вести эксперимент в одну или другую сторону

Изучив поведение газа, можно перейти к более сложной системе ─ газу, находящемуся в равновесии с жидкостью. Это состояние газа называется насыщенным паром.

Следует продемонстрировать учащимся возможности молекулярно-кинетической теории. Подчеркнуть, что она позволяет не только понять, почему вещество может находиться в газообразном, жидком и твердом состояниях, но и объяснить процесс перехода вещества из одного состояния в другое.

Для детального выяснения условий, при которых возможны взаимные превращения газа и жидкости, недостаточно наблюдений за испарением жидкости. Нужно внимательно проследить за изменением давления реального газа в зависимости от его объема при различных температурах.

Дата добавления: 2014-11-16