1

UNIWERSYTET ŚLĄSKI W KYTOWICYCH

I PRACOWNIA FIZYCZNA

Ć W I C Z E N I E NR 31

POMIYR CIEPŁY MOLOWEGO POWIETRZY

METODĄ ROZŁYDOWYNIY KONDENSYTORY

ZAGADNIENIA DO KOLOKWIUM WSTĘPNEGO

-gaz doskonały, gaz rzeczywisty, izoprocesy gazu doskonałego
-I zasada termodynamiki, zasada ekwipartycji energii, liczba stopni swobody
-pojemność cieplna gazów, ciepła molowe

c

p

i c

v

-energia naładowanego kondensatora
-pomiar ciśnienia gazu metodą manometru cieczowego (U-rurki).


OPIS ĆWICZENIA

Energia zgromadzona w naładowanym kondensatorze służy do podgrzania powietrza
wypełniającego objętość izolowanego zbiornika ( temosu ). Przekaz energii następuje metodą
rozładowania się kondensatora poprzez spiralę grzejną znajdującą się wewnątrz termosu. Mierząc
zmianę ciśnienia powietrza w termosie

∆p

przy pomocy manometru cieczowego i znając parametry

elektryczne kondensatora możemy obliczyć wartość

c

v

dla powietrza. W obliczeniach korzystamy

z wykresu

∆p

(U

2

)

otrzymanego z wyników pomiarowych. Przykładowy wykres zawiera rys. 1.

APARATURA

-zestaw do pomiaru ciepła molowego
-zasilacz prądu stałego

-dwa przewody wysokonapięciowe

WZORY SCHEMATY

ENERGIA NAŁADOWANEGO KONDENSATORA:

2

2

1

CU

E

C

=

(31. 1.)

C

-pojemność kondensatora

U

-napięcie

PRZYROST ENERGII GAZU, PRZY V=const.

2

T

C

n

E

v

∆

⋅

⋅

=

∆

( 31.2.)

n

-ilość moli gazu w objętości V

C

V

-ciepło molowe przy V=const.

∆

-przyrost temperatury

Z RÓWNANIA STANU GAZU DOSKONAŁEGO OTRZYMUJEMY:

R

n

V

p

T

⋅

⋅

∆

=

∆

(31.3.)

∆p -przyrost ciśnienia
V

-objętość gazu (= 212ml ± 5ml )

R

-stała gazowa ( = 8,31 J/mol

.

K

Podstawiając

( 3.)

do

( 2.)

:

R

V

p

C

E

V

⋅

∆

⋅

=

∆

(31.4.)

SPRAWNOŚĆ POZYSKANIA ENERGII CIEPLNEJ PRZEZ GAZ WYNOSI:

C

E

E

∆

=

η

(31.5.)

Po podstawieniu

( 1. )

i

( 4. )

do

( 5.)

otrzymujemy:

p

U

V

R

C

C

v

∆

⋅

⋅

⋅

=

2

2

η

(31.6.)

Wartość

p

U

∆

2

wyznaczamy z wykresu / ∆p=(U

2

) /

3

Rys.1. Przykładowy wykres zależności

∆∆∆∆p

(

U

2

)

.

2

aU

P

=

∆

(31. 7.)

a

- nachylenie prostej na wykresie zależności ∆

P

=f (U

2

)

a

V

R

C

C

V

⋅

⋅

⋅

⋅

=

2

η

( 31.8.)

PRZYROST CIŚNIENIA GAZU W OBJĘTOŚCI V (

mierzony manometrem cieczowym

rys. 2

.)

WYNOSI:

h

g

p

⋅

⋅

=

∆

ρ

( 31.9.)

g = 9,81 m/s

2

gęstość cieczy w manometrze cieczowym

ρ = 700 kg/m

3

Rys. 2. Schemat zestawu do pomiaru ciepła molowego powietrza

∆∆∆∆p

U

2

4

Rys. 3 Schemat przepływu powietrza przez kran trójdrożny w zależności od położenia

pokrętła zaworu

WYKONANIE ĆWICZENIA

1. Zapoznać się z zestawem pomiarowym i obsługą zaworu kranu trójdrożnego ( rys.3.)

2. Podłączyć zestaw pomiarowy do zasilacza prądu stałego

zwracając uwagę na biegunowość!

3. Wyrównać ciśnienie w objętości

V

z ciśnieniem atmosferycznym ( zawór w pozycji

„1”

).

4. a) Ustawić w zasilaczu przełącznik odczytu na napięcie

U

. Ustawić pokrętłem

W

żądaną wartość napięcia

U

min

=100V.

b) Ustawić przełącznik odczytu zasilacza na prąd

I [mA]

.

c) Ustawić przełącznik na płycie zestawu w pozycji

ŁADOWANIE

, naładować

kondensator, aż wskaźnik odczytu prądu zasilacza wskaże minimum 1mA.

5. Ustawić zawór kranu trójdrożnego w pozycji

„2”

6. Rozładować kondensator (przełącznik w pozycji

ROZŁADOWANIE

), odczytać

różnicę poziomów cieczy w manometrze cieczowym

h.

7. Czynności z pkt.3-5 wykonać wielokrotnie dla ustalonego napięcia

U

.

8. Wykonać pomiary ( pkt.3-8 ) dla kolejnych napięć, aż do

U

max

=300V.

UWAGA!!!

-w czasie podłączania do zestawu zasilacz powinien być

WYŁĄCZONY Z SIECI!

-ostrożnie przekręcać zawór kranu trójdrożnego (SZKŁO JEST KRUCHE)

-ilość pomiarów w pkt.7 i 8 ustalić z prowadzącym na podstawie serii pomiarów próbnych.

5

OBLICZENIA

1. Dla każdego napięcia obliczyć wartości średnie

h

i niepewność pomiarową

∆∆∆∆h

.

2. Korzystając ze wzoru ( 31.9. ) obliczyć wartość przyrostu ciśnienia

∆∆∆∆p

i niepewność

pomiarową.

3. Obliczyć wartość

U

2

i niepewność pomiarową

∆∆∆∆U

2

.

4. Obliczenia z pkt 1-3 powtórzyć dla wszystkich ustalonych napięć.

5. Wykreślić zależność

∆∆∆∆p

od

U

2

( wg rys. 1.).

6. Wyznaczyć nachylenie prostej

a

na wykresie metodą regresji liniowej i określić

niepewność pomiarową

∆∆∆∆a.

7. Obliczyć wartość ciepła molowego powietrza

C

v

( wzór 31.8.) i niepewność pomiarową

∆∆∆∆C

v

, przyjmując η = 11%.

LITERATURA

1. S. Szczeniowski, „FIZYKA DOŚWIADCZALNA”, t. II, PWN Warszawa 1972 .

2. D. Hallidday, R. Resnick, „FIZYKA” ,t.I, PWN Warszawa 1989.

6