Abako Łukasz Noske Rafał SP-PC11/1/1			21-05-2012
ĆWICZENIE LABORATORYJNE Z FIZYKI Temat: Wyznaczanie stosunku cp/cv dla powietrza metodą Clementa i Desormesa Prowadzący ćwiczenie: Ocena:

Celem ćwiczenia było wyznaczenie stosunku ^Cp/_Cv . Symbole odpowiednio oznaczają: c_p - ciepło właściwe pod stałym ciśnieniem, c_v - ciepło właściwe w stałej objętości. Ciepło właściwe jest to ilość ciepła, jaką należy dostarczyć 1 kg gazu, aby ogrzać go o 1 K.

W czasie wykonywania ćwiczenia gaz poddawany był trzem przemianom: adiabatycznej, izochorycznej i izotermicznej. W balonie szklanym znajduje się powietrze pod cisnieniem atmosferycznym p_0. Za pomocą pompki zwiększamy ciśnienie do p₀+p₁ . otwierając na kilka sekund zawór k2 łączący balon z powietrzem atmosferycznym powodujemy adiabatyczne rozprężanie gazu. W skutek rozprężenia adiabatycznego temperatura gazu w balonie obniża się, gdyż praca rozprężania odbywa się kosztem obniżenia energii wewnętrznej gazu. Po kilku sekundach, gdy ciśnienie w balonie zrówna się z ciśnieniem atmosferycznym p₀ , zamykamy zawór k2. gaz powoli ogrzewa się do temperatury otoczenia. W skutek tego ciśnienie wzrasta do p₀+p₂ . aby wyznaczyć k należy zmierzyć wskazania manometru h₁ i h₂.

h₁ - różnica wysokości słupa cieczy po zwiększeniu ciśnienia i wyrównaniu się temperatury gazu z temperaturą otoczenia,

h₂ - różnica wysokości słupa cieczy po adiabatycznym rozprężaniu i ustaleniu się poziomu cieczy w manometrze.

CIEPŁO MOLOWE c_p (lub c_v) - ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1 mol gazu o 1 K (1 °C) pod stałym ciśnieniem (odpowiednio objętością).

CIEPŁO WŁAŚCIWE C_p (lub C_v) - ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury jednostki masy o 1 K (1 °C) pod stałym ciśnieniem (odpowiednio objętością).

PRZEMIANA IZOTERMICZNA - temperatura gazu nie zmienia się, pozostaje również niezmienna masa gazu. Zmianie ulega ciśnienie i objętość. Zachowanie się gazu opisuje prawo Boyle'a - Mariotte'a, które stwierdza: iloczyn ciśnienia przez objętość gazu pozostaje stały.

pv = nRT

W przemianie izotermicznej pozostaje niezmienna energia wewnętrzna gazu, która wyraża się wzorem:

ΔU = c_v m ΔT = C n ΔT

ΔU = 0 ,bo ΔT = 0

Z pierwszej zasady termodynamiki:

ΔU = Q + W Q = - W

Q - ciepło dostarczone (oddane) do gazu

W - praca wykonana nad układem (przez układ)

Możemy odczytać to następująco: dostarczone do gazu ciepło w 100% zostaje zużyte na pracę rozprężania gazu.

PRZEMIANA IZOCHORYCZNA - objętość gazu nie zmienia się. Zmieniają się ciśnienie i temperatura. Gaz podlega prawu Charlesa:

= const.

W przemianie tej gaz nie wykonuje pracy:

W = - p ΔV ( ΔV = 0), to W = 0

Dlatego ciepło dostarczone do gazu zostaje zużyte na wzrost energii wewnętrznej.

Q = ΔU = C_v n ΔT

PRZEMIANA IZOBARYCZNA - ciśnienie gazu nie zmienia się, zmieniają się temperatura i objętość. Gaz podlega prawu Gay - Lussaca:

= const.

W przemianie izobarycznej gaz wykonuje pracę, która wyraża się wzorem: W = - p ΔV

Z I zasady dynamiki: Q = ΔU + (- W)

Interpretacja: część dostarczonego ciepła powoduje przyrost energii wew. ΔU a pozostała ilość ciepła zostaje zużyta na pracę (-w), wykonaną przez gaz na pokonanie ciśnienia zewnętrznego podczas rozpręzania gazu.

Q = C_p n ΔT Q_p > Q_V

PRZEMIANA ADIABATYCZNA - w tym procesie gaz nie wymienia ciepła z otoczeniem. Q = 0

Wnioski:

Na przebieg doświadczenia miały wpływ czynniki zewnętrzne takie, jak:

• gwałtowne, chwilowe zmiany temperatury wywołane przez przeciąg oraz zmiana temperatury spowodowana obecnością osób,

• na dokładność odczytywania wyników h₁ i h₂ mógł mieć wpływ błąd paralaksy.

Metoda Clementa i Desermesa pozwala w prosty sposób wyznaczyć współczynnik adiabaty nie wymaga ona specjalistycznego sprzętu laboratoryjnego.

2

2

---