Методика измерений.

Для определения отношения молярных теплоемкостей газа g используется метод Клемана-Дезорма. В этом случае применяют установку состоящую из сосуда (1) с клапаном (4), манометра (2), насоса (3) (рис. 1). Первоначальное состояние воздуха в сосуде описываться параметрами p₀, V₀, Т₀, где p₀ атмосферное давление.

Если при закрытом клапане быстро накачать в сосуд некоторое количество воздуха (совершив адиабатный процесс), то давление внутри сосуда возрастет за счет двух факторов: изменения количества воздуха и температуры T₁>T₀. Параметры состояния газа будут равны p₁, V₁, Т₁.

Через некоторое время (2-3 мин.) после накачивания воздуха вследствие теплообмена через стенки сосуда температура в сосуде вернется к первоначальной Т₀. Давление примет значение

, (1)

где p_h1 – избыточное давление, обусловленное изменением количества воздуха в сосуде, после прекращения теплообмена.

Давление p₁ измеряется разностью уровней жидкости в манометре – h₁.

Состояние воздуха в этом случае (начальное состояние) характеризуется параметрами p₁, V₁, Т_0.

Если на короткое время (0,5-1 сек.) открыть клапан в сосуде, то воздух в сосуде резко (адиабатически) расширится. В конце процесса расширения состояние воздуха изменится. Давление газа в сосуде установится равным атмосферному, температура газа понизится до некоторого значения T₂<T₀, а объем – V₂.

После закрытия клапана воздух в сосуде начнет нагреваться вследствие теплообмена через стенки сосуда и его температура возрастет от Т₂ до Т₀. Давление возрастает и станет равным

, (2)

где p_h2-давление, обусловленное оставшимся в сосуде воздухом после прекращения теплообмена. Состояние воздуха после установления равновесия (конечное состояние) будет характеризоваться параметрами p₂, V₂, Т₀.

Поскольку в начальном и конечном состояниях температура воздуха в сосуде одинакова и равна Т₀, то

. (3)

При адиабатическом сжатии и расширении воздуха в сосуде уравнение состояния газа можно записать в виде:

или

. (4)

Решая систему уравнений (3), (4), с учетом того, что p₀=rgh, p_h1=rgh₁, p_h2=rgh₂ для отношения молярных теплоемкостей получим

, (5)

где h₁, и h₂ - разности уравнений жидкости в манометре, соответствующие начальному и конечному состояниям.

Дата добавления: 2017-02-01