Порядок выполнения работы. Закрыть кран и накачать воздух в баллон (процесс1-2) так

Закрыть кран и накачать воздух в баллон (процесс1-2) так, чтобы величина , показываемая манометром, составляла 20-25 см водного столба. Выждать не менее 2 минут, пока температуры воздуха в баллоне и окружающем пространстве не станут одинаковыми (процесс 2-3). Измерить установившееся значение величины . Повернув кран, соединить баллон с атмосферой и одновременно включить секундомер. Спустя t= 55 секунд снова закрыть кран баллона (точка 6). Через некоторое время (не менее 2 минут), необходимое для выравнивания температуры газа в баллоне и окружающей среде (процесс 6-7), снова записать показание манометра . Аналогично провести измерения для времени выдержки t=50, 40, 30, 20,15, 10 и 5 секунд. Для каждого времени выдержки опыт повторить 2 раза.

Обработка результатов

b

t, с

Рис. 3. График зависимости от t

Используя полученные данные, необходимо построить график зависимости от t и экстраполировать его до пересечения с осью ординат (рис.3). Величина отрезка «b», отсекаемая на отрезке ординат позволяет найти величину по формуле (2-6.11).

В данной работе зависимость от t и оценка величины статистически обрабатывается с помощью метода наименьших квадратов, который описан в приложении (возможно выполнение этой части программы в дисплейном классе на готовой программе).

Контрольные вопросы и задания

1. Что называется теплоемкостью газа?

2. Какова размерность этой физической величины?

3. Что понимается под удельной и малярной теплоемкостями газа?

4. Как они связаны между собой? Какова связь между и и числом степеней свободы молекул газа?

5. Получите уравнение Роберт Майера. Сколько степеней свободы имеют молекулы газов Нe,Н₂, СО₂?

6. Какие это степени свободы? В каком газе показатель адиабаты имеет наибольшее значение – N_2, Нe, СН₄?

7. Почему в данном эксперименте целесообразно использовать сосуд возможно большего диаметра?

8. Получите уравнение адиабаты в перемененных PT и TV. Какие явления нарушают адиабатичность расширения газа?

9. Как повлияет на ход эксперимента наличие паров воды в воздухе?

Список рекомендуемой литературы

1. Матвеев А.Н. Молекулярная физика. М.: Высш. шк., 1988.

2. Булкин П.С., Попова И.И. Общий физический практикум. М.: МГУ, 1988.

3. Основы физики. Курс общей физики. Т.2. Квантовая и статистическая физика / Под. ред. Ю.М. Ципенюка.М.: Физ.-мат. лит., 2001.

Лабораторная работа № 2-7

Теплоемкость твердых тел

Цель работы:ознакомиться с классической и квантовой теорией теплоемкости Эйнштейна и Дебая.

Задача работы: методом охлаждения получить графики зависимости теплоемкости алюминиевого и стального образцов от температуры.

Теория

Теплоемкостью тела С называется отношение бесконечно малого изменения внутренней энергии этого телаdU к изменению его температурыdT:

С = .

(2-7.1)

Внутренняя энергия совпадает с энергией покоя тела (системы) и включает в себя энергию всех внутренних движений в теле и энергию взаимодействия всех частиц, составляющих это тело, включая молекулы, атомы и ионы, электроны, а также нуклоны в ядрах. Заметим сразу, что потенциальные энергии электронных оболочек атомов и ионов, потенциальные и кинетические энергии нуклонов не играют существенной роли при обычных не очень высоких температурах, когда не идут процессы ионизации и возбуждения соответствующих частиц.

Различают удельную теплоемкость – теплоемкость единицы массы вещества (одного килограмма, грамма), молярную теплоемкость – теплоемкость одного моля вещества. Единицы измерения удельной теплоемкости – Дж/кг·К (внесистемная – кал/кг·К), молярной теплоемкости – Дж/моль·К (кал/моль·К).

Различают теплоемкость при постоянном давлении С_р и теплоемкость при постоянном объеме С_v. Для таких систем, как твердое тело и жидкость (в отличие от газа), изменение объема при нагревании относительно невелико и разность С_р–С_v для одноатомных твердых веществ при 100 ^оС составляет десятые, сотые и даже тысячные доли газовой постоянной R. Поэтому зависимостью теплоемкости от изменения объема при нагревании твердого тела обычно пренебрегают и говорят просто об удельной теплоемкости твердого тела С_v, связывая ее с изменением внутренней энергии единицы массы твердого тела при нагревании на один градус.