ЗАКОН ГЕЙ-ЛЮССАКА. ИЗОБАРЫ
Закон
Гей-Люссака устанавливает зависимость объёма идеального газа от температуры
при постоянном давлении p = const. Процесс нагревания/ охлаждения газа при постоянном давлении называется
изобарным. Для выполнения закона Гей-Люссака важно также, чтобы
ν = const; иначе
m = const;
μ = const. Такой процесс на практике обычно осуществляют с помощью свободного весомого подвижного поршня, его вес и давление атмосферы и создают постоянное давление.
Задание. Спланировать виртуальный эксперимент для выяснения характера зависимости объёма газа от температуры при постоянном давлении, познакомиться с графиками изопроцессов протекающих при постоянном давлении, и характером их изменения при изменении параметров состояния газа.
Установка. Справа в окне анимации вы увидите цилиндр с подвижным поршнем, заполненный газом, с присоединённым к нему манометром. Он показывает абсолютное давление газа. На рисунке вам дана площадь поршня S
пор и давление атмосферы p
атм, которое в купе с весом поршня создают давление газа под поршнем. Вы можете самостоятельно выбирать массу газа от 0.8 до 1.6 г, один из четырёх видов газа (справа от поля ввода сразу появится его молярная масса в г/моль) и массу поршня от 450 до 900 кг. Слайдером внизу анимации вы сможете включать горелку под цилиндром на небольшое время для подогрева или, давая газу остыть, перемещая слайдер "Температура". Слайдер "Поршень" будет отключён, высота поршня (объём газа) будет устанавливаться программно так, чтобы давление газа под поршнем было одинаковым во время исследования. Величину этого давления можно будет менять, изменяя массу (весовое давление) поршня.
Для ввода ваших изменений не забывайте каждый раз нажимать кнопочку
ENTER в поле анимации.
Смело экспериментируйте, чтобы понять, как ведёт себя газ в зависимости от ваших действий! Однако для чистового эксперимента ведите себя культурно, старайтесь выбирать такие значения переменных, чтобы вам было удобно с ними работать, чтобы манометр показывал не слишком маленькое значение и т.д.
Справа и ниже анимации компьютер любезно будет строить для вас три графика в осях pV, pT и VT, меняя их вид каждый раз, когда вы будете запускать изменения параметров состояния газа в цилиндре кнопкой ENTER.
А теперь попробуйте ещё до всяких экспериментов почувствовать, какова эта зависимость: чем больше температура, тем объём газа будет... Запишите свою догадку в лист отчёта, а в конце эксперимента будет интересно сравнить, насколько верны ваши ощущения физики.
Подумайте также, какие эксперименты и как следует провести на нашей установке, чтобы найти эту зависимость? Запишите свои мысли в лист отчёта.
Лабораторная работа. Начертите таблицу для записи результатов опыта.
| № опыта |
Давление газа p, Па |
Объём газа V, м3 |
Температура газа T, К |
Масса газа m, кг |
V/T |
| 1 |
|
|
|
|
|
| 2 |
|
|
|
|
|
| 3 |
|
|
|
|
|
| 4 |
|
|
|
|
|
| 5 |
|
|
|
|
|
| 6 |
|
|
|
|
|
Объём газа V = HS вам придётся подсчитать самим, а для удобства записи в таблицу малых или слишком больших чисел используйте десятичные степени (стандартную запись числа).
В первую строку таблицы можно записать начальные значения величин, а для второй измените произвольно температуру газа, например, до максимальной, не забудьте кликнуть в поле анимации ENTER. Полученные данные занесите в таблицу и подсчитайте значение V/T для первых двух опытов. Что вы видите в последней графе таблицы? Какой вывод можно сделать из сравнения полученных чисел?
Для второй пары опытов уменьшите массу газа, скажем, в два раза. Проделайте те же действия, что и в первой серии опытов. Запишите данные в таблицу и подсчитайте V/T для последней графы таблицы. Что вы видите? Какой вывод можно сделать из сравнения чисел последней графы таблицы?
Для последней пары опытов поменяйте массу поршня, уменьшив её, скажем в два раза. Проделайте те же действия, что и в первой серии опытов. Запишите данные в таблицу и подсчитайте V/T для последней графы таблицы. Что вы видите? Какой вывод можно сделать из сравнения чисел последней графы таблицы?
Таблица заполнена, теперь можно подвести итог, и, если вы всё делали разумно, то вам будет не сложно ответить на контрольные вопросы.
Десятичные дроби вводятся через точку. Ответы нужно округлять по правилам приближённых вычислений с погрешностью не более 10%.
Желаем успеха!
