··· Приёмы и находки ···

А.В.ХЕЙЛО,
с. Старомарьевка, Ставропольский кр.

Исследование изопроцессов в газах с помощью лабораторного набора «Компании Эдустронг»

Недавно наша школа приобрела ряд комплектов лабораторного набора «Исследование изопроцессов в газах», выпускаемого ООО «Компания Эдустронг» (www.edustrong.ru), г. Москва, и специально предназначенного для лабораторного исследования изотермического, изобарного и изохорного процессов в газах. С его помощью я и поставил три лабораторные работы.

I. Изучение изотермического процесса в газе

Цель работы: экспериментально проверить справедливость закона Бойля–Мариотта путём сравнения параметров газа в двух термодинамических состояниях.

Оборудование: лабораторный набор (с манометром) – на парту, барометр – один на класс.

Теоретическое обоснование

Закон Бойля–Мариотта p₁V₁ = p₂V₂ определяет взаимосвязь давления и объёма газа данной массы при постоянной температуре. Чтобы убедиться в справедливости закона, достаточно измерить давления p₁ и p₂ газа и его объёмы V₁ и V₂ в двух состояниях. Объём можно выражать в СИ, т.е. в кубических метрах, а давление – в мм рт.ст.

Порядок выполнения работы

1. Соберите установку по рисунку (см. фото выше).

2. Установите поршень шприца на деление 10 мл. В этом случае объём воздуха в системе 70 мл, в сосуде 55 мл, в шприце 10 мл, в трубках 5 мл. Поставьте зажим. Занесите объём V₁ в таблицу.

3. С помощью барометра определите атмосферное давление. Занесите данные p₁ = p_а в таблицу.

4. Переместите поршень шприца до деления 6 мл и с помощью манометра определите избыточное над атмосферным давление. Объём воздуха в системе уменьшился на 4 мл и стал равен V₂ = 66 мл, давление увеличилось до p₂ = p₁ + p_и. Занесите эти данные в таблицу.

5. Переместите поршень шприца до деления 2 мл и опять определите избыточное над атмосферным давление. Занесите значения V₃ и p₃ = p₁ + p_и' в таблицу.

6. Для каждого состояния рассчитайте p · V.

7. Определите, на сколько процентов величины pV отличаются друг от друга.

8. Какой вывод следует сделать, сравнив p₁V₁, p₂V₂ и p₃V₃?

II. Изучение изобарного процесса в газах

Цель работы: экспериментально проверить справедливость закона Гей-Люссака путём сравнения параметров газа в двух термодинамических состояниях.

Оборудование: лабораторный набор, термометр, стакан с горячей водой.

Теоретическое обоснование

Чтобы проверить закон Гей-Люссака   достаточно измерить объём и температуру газа в двух состояниях при постоянном давлении.

Порядок выполнения работы

1. Из деталей набора соберите систему (см. фото).

2. Определите температуру воздуха в комнате t₁.

3. Сняв зажим, установите поршень шприца на отметку 2 мл. Это соответствует объёму воздуха в системе V₁ = 62 мл.

4. Для получения второго состояния поставьте зажим и опустите термометр и шприц в стакан с горячей водой. Выдвигайте поршень, увеличивая объём воздуха, до тех пор, пока стрелка манометра не вернётся к нулевому делению, которое соответствует атмосферному давлению. Определите V₂ и t₂.

5. Данные измерений и расчётов занесите в таблицу.

6. Вычислите отношения относительные (₁ и ₂) и абсолютные (₁ и ₂) погрешности:

(Погрешность измерения объёма с учётом соединительных трубок определена изготовителем набора и не превышает 1 мл.)

7. Определите интервалы отношений с учётом погрешностей:

8. Сравните интервалы и сделайте вывод о справедливости закона Гей-Люссака. (Интервалы перекрываются, значит, отношения объёмов и температур при данной относительной погрешности измерений одинаковы, что подтверждает справедливость закона Гей-Люссака.)

III. «Изучение изохорного процесса в газе»

(Лабораторная работа проводится аналогично. Её полное описание приведено в рубрике «Дополнительные материалы» к № 11 на сайте газеты https://fiz.1sept.ru. – Ред.)

Литература

1. Руководство по эксплуатации лабораторного набора «Исследование изопроцессов в газах» (ООО «Компания Эдустронг» г. Москва).

2. Практикум по физике в средней школе: Под ред. В.А.Бурова, Ю.И.Дика. – М.: Просвещение, 1987.