Wydział wojskowo – lekarski
Zakład fizjologii człowieka i biofizyki Laboratorium z biofizyki
Ćwiczenie M3 Wyznaczanie współczynnika χ=cp/cv dla powietrza metodą Clementa-Desormesa
Grupa II
Zespół Z7
Michał Głowacki
1 Przygotowano http://wojsk-lek.org
1. podstawowe prawa gazowe
a. prawo avogadra: 1 mol cząsteczek w warunkach normalnych (273,15 K; 101325 Pa) zajmuje objętość 22,4 dm3
b. prawo Boyle’a i Mariotte’a: jest to prawo przemiany izotermicznej, w myśl którego p1V1=p2V2=const
c. prawo Gay-Lussaca: jest to prawo przemiany izobarycznej, w myśl którego V1/T1=V2/T2=const
d. prawo Charlesa: jest to prawo przemiany izochorycznej, w myśl którego p1/T1=p2T2=const
e. prawo Poissona: dotyczy przemiany adiabatycznej i wyraża się wzorem: p χ
1V1
= p
χ
2V2 . Ma ona miejsce w przypadku kiedy układ nie wymienia energii z otoczeniem. Wtedy Q=0, a ∆U=−W
f. równanie clappeyrona: pV=nRT, gdzie R=8, 31 J/(mol x K) 2. wykorzystanie I zasady termodynamiki:
∆U=nCV∆T i jednocześnie ∆U=nCp∆T,
zgodnie z I prawem termodynamiki:
Q=∆U dla przemiany izochorycznej i
Q=∆U+W dla przemiany izobarycznej./
zakładając, że dostarczymy taką samą ilość ciepła, otrzymujemy: nCV∆T=nCp∆T+W
ponieważ W=-∆pV=-nR∆T, otrzymujemy:
nCV∆T=nCp∆T-nR∆T
CV=Cp-R
Cp-CV=R
3. wykorzystując wiedzę, że zmiana energii wewnętrznej cząsteczek gazu w przemianie izochorycznej równa jest dostarczonemu ciepłu otrzymujemy:
∆U=(i/2)Rn∆T=Q=nCV∆T
CV=(i/2)R, gdzie i oznacza ilość stopni swobody.
stąd Cp=(i+2)/R, więc:
χ C
i+2
R
I+2
=
p
=
x
=
CV
R
i
I
Dla powietrza, składającego się przede wszystkim z gazów dwuatomowych (N2 i O2), dla których i=5 możemy się spodziewać współczynnika χ=1,4
4. pomiaru współczynnika χ można dokonać w następujący sposób: a. sprężamy powietrze do pewnego ciśnienia większego niż atmosferyczne. Po ustaleniu temperatury (T1) zapisujemy zmierzone ciśnienie (p1).
b. Wypuszczamy pewną niewielka ilość powietrza, tak abyśmy dokonaną przemianę mogli uznać za adiabatyczną. W wyniku tego nastąpi spadek ciśnienia i temperatury gazu do wartości p2, T2.
c. Następuje później wyrównanie temperatury z otoczeniem, w wyniku czego rośnie ciśnienie gazu (p3) oraz jego temperatura (do wartości T3=T1).
d. Ponieważ T1=T3 przejście ze stanu 1 w 3 można traktować jak przemianę izotermiczną i stąd:
p1V1=p3V2
2 Przygotowano http://wojsk-lek.org
e. Przemiana 1→2 można traktować jak przemianę adiabatyczną, więc: p
χ
χ
1V1 =p2V2
f. Ponieważ mamy do dyspozycji rurkę z cieczą, której poziom mierzymy, to p1=p0+h1 , a p3=p0+h2 , gdzie p0 to ciśnienie atmosferyczne.
g. Przekształcając powyższe równania otrzymujemy: χ h
= 1
h1-h2
p
p1
I
p3
III
II
V1
V2
V
uwaga by Pyro.. to sprawozdanie nie jest skończone bo nie było takiej potrzeby. Na tych ćwczeniach dr Nawarcz zaliczył nam bez sprawozdań :D
Także macie to co sobie napisałem.
Pozostałe zagadnienia z listy na to ćwiczenie:
●
Podstawowe prawa gazowe
●
Rozszerzalność cieplna ciał.
●
Podstawy termoregulacji w organizmie człowieka.
●
Komfort cieplny.
●
Wpływ temperatury i wilgotności na organizm człowieka.
●
Termometry.
●
Zmiany stanu skupienia ciał.
●
Kalorymetria.
●
Parowanie i wrzenie.
●
Temperatura krytyczna.
●
Para nasycona i nienasycona.
●
Wilgotność powietrza.
●
Przewodzenie ciepła.
●
I i II zasada termodynamiki.
●
Ciepła właściwe cp i cv.
3 Przygotowano http://wojsk-lek.org