DETERMINAREA EXPONENTULUI ADIABATIC LA GAZE Metoda balonului Clémènt-Désormes

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "DETERMINAREA EXPONENTULUI ADIABATIC LA GAZE Metoda balonului Clémènt-Désormes"

Θυία Παπαδόπουλος
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Lucrarea IV DETERINAREA EXPONENTULUI ADIABATIC LA GAZE 4.. etoda balonulu Clémènt-Désormes Consderaţ teoretce Datortă compresbltăţ mar a gazelor exstă o deosebre sensblă între căldura specfcă la volum constant (c v ) ş căldura specfcă la presune constantă (c p ). Căldura specfcă la volum constant (respectv la presune constantă) este, prn defnţe, numerc egală cu canttatea de căldură absorbtă de untatea de masă dntrun gaz, pentru a-ş rdca temperatura cu un grad, volumul (respectv presunea) rămânând constant(ă). Întrucât prn încălzre la presune constantă gazele se dlată, căldura transmsă gazulu în acest caz contrbue nu numa la creşterea temperatur sale (creşterea energe sale nterne), c ş la efectuarea unu lucru mecanc împotrva forţelor exteroare, datortă mărr volumulu, dec c p > c p. Valoarea raportulu dntre căldurle specfce sau molare c p /c v, c p /c v (numt ndce sau exponent adabatc), pentru gaze are un rol mportant în procesele adabatce ş în procesele conexe ca de exemplu: propagarea sunetulu în gaze, curgerea gazelor prn tubur cu vteze sonce ş atngerea vtezelor supersonce în tubur dvergente. În practcă se determnă căldura specfcă a gazelor la presune constantă ş raportul c p /c v, de unde apo se poate calcula c v. etoda de determnare a raportulu c p /c v descrsă ma jos, este foarte smplă în realzarea e expermentală. Fe o aceeaş masă de gaz supusă la două transformăr nfntezmale, una zotermă, adcă la temperatură constantă (smbolul d) ş una adabatcă, adcă fără schmb de căldură cu exterorul (smbolul δ ), realzate astfel încât varaţle de volum în cele două transformăr să fe egale: dv δ V. Transformarea zotermă urmează legea Boyle-arotte: PV const, de unde prn dferenţere: V pdv + Vdp 0 sau dv dp () P Transformarea adabatcă urmează legea Laplace-Posson:

2 pv const. ( c p /c v ), de unde prn dferenţere ş înlocund d cu δ : V V δp + V pδv 0 sau δv δp () p Prn poteză, cele două transformăr sunt astfel realzate încât să avem dv δ V, dec: Vdp/p V δ p/ p, de unde: δp, (3) dp adcă raportul dntre căldura specfcă la presune constantă c p ş căldura specfcă la volum constant c v (exponentul adabatc) este egal cu raportul dntre varaţa presun într-o transformare adabatcă ş varaţa presun într-o transformare zotermă, transformărle fnd nfntezmale (sufcent de mc) ş realzate astfel încât varaţle respectve de volum să fe egale între ele (teorema lu Reech). În practcă se a o masă de gaz închsă într-un balon cât ma mare (pentru ca varaţle de volum δ V să poată f consderată nfntezmale în raport cu volumul V), la o presune nţală H h, ma mcă decât presunea atmosfercă H (starea ). Apo gazul este comprmat brusc (făcându-se legătura balonulu cu atmosfera) până ce presunea sa devne egală cu cea atmosfercă (H), ar volumul devne V δ V (starea ) (putem presupune gazul nţal zolat de exteror, de exemplu, prntr-un pston mponderabl). Transformarea făcându-se repede, căldura născută în masa gazulu nu este practc schmbată cu exterorul ş dec transformarea poate f consderată adabatcă. Datortă comprmăr adabatce, temperatura gazulu dn balon creşte de la T la T + δ T. După ce s-a închs legătura cu atmosfera, se aşteaptă ca gazul dn balon să se răcească până la temperatura camere T (volumul gazulu nţal rămânând constant V δ V), presunea gazulu scăzând de la H la H h (starea 3) (v. tabelul ş fg. ). Fg.

3 Tabelul Stărle Presunea Volumul Temperatura H h V T H V δv T + δt 3 H h V δv T Între stărle avem o transformare adabatcă, varaţa de presune fnd δ p H (H h) h, ar varaţa de volum δ V. Între stărle 3 avem o transformare zotermă, varaţa de presune fnd dp H h (H h) h h, ar varaţa de volum aceeaş: δ V. Varaţle de volum în cele două transformăr fnd aceeaş, teorema lu Reech dă: p h δ (4) ' dp h h Descrerea aparatulu Un balon de stclă B, de mare capactate, are la partea sa superoară o montură metalcă prevăzută cu un robnet, balonul poate f pus în legătură cu exterorul sau cu tubul orzontal ab, care comuncă cu un manometru cu lchd (m) ş cu un tub de caucuc ducând la pompa de vd. Tubul orzontal ma are un robnet (R) care permte închderea sau deschderea legătur cu pompa de vd (fg. ). odul de lucru Fg.. Punem robnetul R în pozţa (cu semnul gravat x în sus).în felul acesta, balonul B comuncă cu tubul lateral ab ş are în acelaş tmp închsă comuncarea cu atmosfera. Închdem robnetul R ş punem pompa de vd în funcţune.

4 . Prn deschderea foarte înceată a robnetulu R se evacuează aerul dn balon până ce lchdul dn tubul manometrc se rdcă la o înălţme h cât ma apropată de capătul superor al tubulu de stclă al manometrulu m, apo se închde robnetul R. 3. Aşteptăm câteva mnute până ce înălţmea coloane de lchd h se stablzează ş ctm această denvelare h (starea ). 4. Punem robnetul R în pozţa, adcă îl răsucm cu 90 o în sens trgonometrc (nvers acelor unu ceasornc), punând balonul B pentru un tmp foarte scurt (câteva secunde) în legătură cu atmosfera ş reducem robnetul R înapo în pozţa nţală. Prn deschderea robnetulu R, o parte dn aerul atmosferc ntră în balon (comprmând gazul nţal) ş lchdul dn manometrul m coboară până la nvelul zero (nvelul ape dn vasul său), astfel încât presunea dn nteror devne egală cu presunea atmosfercă. Întrucât a avut loc o comprmare adabatcă, temperatura aerulu dn balon creşte de la T la T +δ T (starea ). 5. Aşteptăm (cca. 7-8 mnute) până ce aerul dn balon se răceşte ajungând la temperatura camere T, graţe conductabltăţ termce a pereţlor balonulu. Presunea dn balon va scădea, lucru ce se constată prn aceea că lchdul urcă în tubul manometrc până la o înălţme h < h. După o stablzare relatvă a coloane de lchd ctm denvelarea h (starea 3). Raportul se calculează după (4) : h (5) ' h h Dspoztvul nu este susceptbl de o precze mare, întrucât după deschderea robnetulu r ne putem găs într-un moment de surplus sau defct de presune, fndcă suprafaţa lchdulu dn tubul manometrc osclează. De asemenea, exstă scăpăr de gaz la cele două robnete, astfel încât coloanele h, h nu se stablzează prea bne (coboară încet). Pentru elmnarea erorlor accdentale se vor face cel putn0 determnăr, calculându-se valoarea mede a lu ş eroarea statstcă (pătratcă mede) respectvă. Se va calcula de asemenea, pentru comparaţe, eroarea maxmă corespunzătoare formule (5). Rezultatele se vor trece în tabelul următor: Nr. det. ( ) ( ) σ δ max

5 4.. etoda undelor staţonare Consderaţ teoretce C p Lucrarea, pentru determnarea raportulu (raportul căldurlor Cv specfce la presune constantă, respectve volum constant de gaze), se bazează pe dependenţa vteze de propagare a sunetelor de exponentul adabatc. Relaţa bnecunoscută c p c cv ne poate furnza λ în cazul determnăr vteze de propagare a vbraţlor longtudnale în medul respectv. Am notat cu c, vteza sunetulu ş cu, masa moleculară a gazulu respectv. Vom folos pentru aceasta o metodă de determnare a lungmlor de undă λ ale undelor staţonare într-un tub sonor. Dacă cunoaştem lungmle de undă λ, λ + a două armonce consecutve, atunc evdent: λ λ L L + sau λ 4 + λ+ λ L L + ( + ) ş λ (L fnd lungmea tubulu de rezonanţă) dar c λ v v ş dec va conduce la v L v + ( + ) L,

6 v + relaţe dn care se calculează. v v ( + + ) v +, + L L,, Descrerea nstalaţe Instalaţa lucrăr se compune dntr-un tub pentru rezonanţă de lungme,370 m (metoda este asemănătoare cu tubul Kundt) dn stclă, în cazul de faţă vertcal, având la capete o sursă de osclaţ (un dfuzor, electrodnamc, de cască de telefon) ş un receptor de osclaţ (un mcrofon cu pezocrstal, de magnetofon TESLA B3). Sursa de osclaţe este conectată la un generator de frecvenţe acustce TESLA, tp B 344 (cunoscut de la laboratorul de mecancă ş acustcă). crofonul este conectat la un mlvoltmetru electronc, tp. B 30. lvoltmetrul electronc este un aparat de măsură, în cazul de faţă etalonat în mlvolţ sau dbel, (destnat dec ş pentru măsurător acustce) care poate măsura tensun slabe cu precze mare, dspunând de o nerţe mcă. El dspune de un comutator de domen de măsurare (a căru folosre se va evta pentru a evta deterorarea prematură a aparatulu, dar nu într-atât încât acul să asă dn scală). Se vor determna frecvenţele pentru care tubul se află la rezonanţă, acestea fnd ndcate de maxmele tensun. odul de lucru Pentru că relaţa dntre ( ν mn ) frecvenţele mnmelor de ntenstate sonoră este dentcă, se vor nota ş aceste frecvenţe. Se vor obţne mnmele ş maxmele succesve (nodur ş ventre) manevrând frecvenţa generatorulu. Domenul de frecvenţe utl lucrăr este cca. 500H z 000H z. ATENTIUNE: Se manevrează ntenstatea sonoră a generatorulu astfel ca acul să nu asă dn scala mlvoltmetrulu ş sunetul să nu deranjeze coleg dn laborator. Se va alcătu un tabel cu frecvenţele mnmelor ş maxmelor ş se vor calcula ν, +. Pentru toată lucrarea se vor calcula: ν ş 4L ( ν )

7 Se vor face determnăr pentru aer (amestec de gaze batomce) ş gaz metan, polatomc. Pentru a ne asgura de prezenţa numa a unua dn acestea în tub, înantea determnărlor propru-zse, se va umple tubul cu aer, spălându-l bne cu aer prn suflarea lu cu ajutorul une pompe compresoare tmp de 5-0 mnute. Operaţa se va repeta odată cu umplerea de la conducta de gaz metan. ATENTIUNE: Nu permteţ gazulu metan să pătrundă în pompă, acesta prn manevrarea robnetulu care închde furtunul de la pompă. Evacuarea gazulu dn tub se face prn robnetul de la partea superoară a tubulu, care face legătura cu exterorul. Gazul metan se manevrează de la robnetul reţele de gaz metan. Pompa se conectează la prza de tensune alternatvă 0 V ş apo se porneşte cu ajutorul întrerupătorulu. Rezultatul fnal se va prezenta sub forma ± δ, δ se va calcula dn eroarea mede statstcă. + Se vor compara rezultatele cu teoretc, fnd numărul de grade de lbertate ale moleculelor respectve. Remarcăm că nu are mportanţă modul cum se realzează rezonanţa (nodur sau ventre la capetele tubulu), c numa condţa de rezonanţă să fe îndeplntă.

Σχετικά έγγραφα

a. 11 % b. 12 % c. 13 % d. 14 %

a. 11 % b. 12 % c. 13 % d. 14 % 1. Un motor termic funcţionează după ciclul termodinamic reprezentat în sistemul de coordonate V-T în figura alăturată. Motorul termic utilizează ca substanţă de lucru un mol de gaz ideal având exponentul