|
COEFICIENTUL ADIABATIC AL AERULUIUNIVERSITATEA “POLITEHNICA” DIN BUCURE{TI CATEDRA DE FIZIC| 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn LABORATORUL DE TERMODINAMICÅ ªI FIZICÅ STATISTICÅ 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn DETERMINAREA COEFICIENTULUI ADIABATIC AL AERULUI UTILIZ~ND METODA CLÉMENT-DESORMES 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn bd912z6491oddn bd912z6491oddn DETERMINAREA COEFICIENTULUI ADIABATIC AL AERULUI UTILIZ~ND METODA CLÉMENT-DESORMES 46912zbq91odn6y bd912z6491oddn bd912z6491oddn 1.Scopul lucr\rii Lucrarea are drept scop determinarea coeficientului adiabatic al aerului, presupus gaz ideal [i supus unor transorm\ri termodinamice simple. 2.Teoria lucr\rii Capacitatea caloric\ molar\ a unei substan]e reprezint\ cantitatea de c\ldur\ schimbat\ cu exteriorul de un mol din acea substan]\ pentru a-[i varia temperatura cu un grad
(1) Dac\ schimbul de c\ldur\ `ntre substan]\ [i mediul exterior are loc la presiunea constant\ sau la volum constant, capacit\]ile calorice molare corespunz\toare vor fi , respectiv , iar raportul (2) se nume[te coeficient adiabatic. Diferen]a `ntre cele dou\ capacit\]i calorice molare depinde de substan]a considerat\,iar pentru gazele ideale:
(3) (rela]ia lui Robert-Mayer) Tot `n cazul gazelor ideale,cele dou\ capacit\]i calorice molare depind de num\rul i de grade de libertate a particulelor din care e compus gazul:
(4)
unde R este constanta universal\ a gazelor ideale (R = 8,310 J/mol K) ~n acest caz (5) Pentru gazele ideale monoatomice i=3,pentru cele cu molecule liniare i = 5, etc. ~n cazul gazelor reale, expresia coeficientului g e mai complicat\ [i e legat\ de ecua]ia termic\ de stare a gazului respectiv. Determinarea coeficientului adiabatic este foarte important\ deoarece intervine `n probleme legate de propagarea sunetului `n gaze, de curgerea gazelor la viteze supersonice, etc. Pentru gazele ideale,acest coeficient intervine `n descrierea proceselor adiabatice, conform ecua]iei lui Poisson: (6) 3.Metoda lucr\rii Exist\ mai multe metode de determinare a raportului g: metoda calorimetric\ de determinare a capacit\]ilor calorice, metoda acustic\-bazat\ pe dependen]a de vitezei sunetului `n gaze,etc. Pentru gazele ideale,vom descrie metoda propus\ de Clément [i Desormes. S\ presupunem c\ avem un recipient cu aer -presupus gaz ideal- la o presiune =(H-h)rg unde rgH e presiunea atmosferic\ m\surat\ cu un manometru cu lichid de densitate r, iar rgh e diferen]a dintre presiunea atmosferic\ [i cea din recipient, m\surat\ cu acela[i manometru. Gazul ocup\ volumul al recipientului [i are temperatura a mediului ambiant. Dac\ acest gaz sufer\ o comprimare adiabatic\, `n urma c\reia volumul se mic[oreaz\, presiunea cre[te la , iar temperatura cre[te [i ea la ,ecua]ia Poisson care descrie procesul se va scrie:
(7) ~nlocuind valorile presiunilor , ec.(7) devine:
(8)
Dac\ h <<H, varia]ia de temperatur\ e foarte mic\: , deci frac]iile din parantezele expresiei (8) vor fi foarte mici; parantezele se pot dezvolta `n serie de puteri [i se pot p\stra numai termenii de ordinul `ntai: (9) de unde H (10) Dac\ `n continuare gazul sufer\ o r\cire izocor\, de la la temperatura a camerei, presiunea lui va sc\dea la , mai mic\ cu rgh’ decat presiunea atmosferic\ , astfel `ncat (11) sau (12) de unde (13) care `nlocuit\ `n (10) duce la
(14) Deci, dac\ experimental se pot m\sura valorile h [i h’, se va putea calcula coeficientul adiabatic . 4. Dispozitivul experimental (fig.1) const\ dintr-un balon de sticl\ B cu capacitatea de aprox. 20 l , prev\zut la partea superioar\ cu un robinet R cu deschidere mare,prin care comunic\ cu atmosfera [i cu tubul lateral T care face leg\tura pe deoparte cu un manometru cu lichid M [i pe de alt\ parte cu pompa aspiratoare P prin intermediul robinetului r [i a tubului de cauciuc C. Fig.1 5. Modul de lucru Cu robinetele R [i r deschise, se verific\ dac\ presiunea aerului din balon e aceea[i cu cea atmosferic\ (acela[i nivel al lichidului `n ambele bra]e ale manometrului) Se `nchide robinetul R [i cu robinetul r deschis,se aspir\ aer din balon cu pompa P,apoi se `nchide [i robinetul r. ~n acest mod s-a realizat `n balon o anumit\ depresiune,m\surat\ prin denivelarea h(mm) a lichidului `n ramurile manometrului-care se cite[te [i se noteaz\. Starea aerului din balon `n acest moment [volumul ] este starea ini]ial\ de echilibru. Se deschide cu aten]ie robinetul R, pentru un timp foarte scurt; `n acest mod, aerul atmosferic p\trunde peste aerul din balon comprimandu-l. Rotirea robinetului R nu trebuie s\ se fac\ brusc; el va fi rotit cu vitez\ potrivit\, ascultand [uieratul provocat de intrarea aerului `n balon. Robinetul R trebuie `nchis exact `n clipa cand se opre[te [uieratul, adic\ atunci c\nd s-a terminat p\trunderea aerului `n balon, deci cand presiunea aerului din balon devine egal\ cu presiunea atmosferic\ (nivelele lichidului `n bra]ele manometrului vor fi egale). Comprimarea brusc\ a aerului din balon are caracter adiabatic, deoarece pe durata scurt\ a acestui proces aerul din balon nu are timp s\ schimbe c\ldura cu pere]ii balonului. Varia]iile parametrilor de stare `n timpul acestui proces adiabatic sunt foarte mici. Starea de echilibru a gazului `n acest moment e descris\ de valorile: ale parametrilor de stare * ~n continuare, aerul din balon `ncepe s\ se r\ceasc\ pan\ ce se atinge din nou temperatura camerei; r\cirea se produce la volum aproximativ constant [i e `nso]it\ de sc\derea presiunii. Procesul de r\cire izocor\ `nceteaz\ atunci cand presiunea indicat\ de manometru se stabilizeaz\, de aceast\ dat\ `ntre nivelele lichidului din ramurile manometrului exist`nd denivelarea h’ (care se cite[te [i se noteaz\). Starea final\ de echilibru a aerului din balon va fi caracterizat\ de presiunea [i temperatura a camerei. Experien]a se repet\ de zece ori, schimb`nd de fiecare dat\ depresiunea h.
6. Indica]ii pentru prelucrarea datelor experimentale Cu valorile h [i h’m\surate de fiecare dat\ , se calculeaz\ dup\ rela]ia (14). Rezultatele se trec `ntr-un tabel de forma:
Referatul va cuprinde: descrierea metodei experimentale utilizate, tabelul de rezultate, valoarea medie a lui , eroarea cu care s-a determinat (dispersia asupra mediei) [i sursele de erori. Facultativ : exprima]i presiunea atmosferic\ `n mm coloan\ de ap\ (H) [i compara]i valorile h [i H. Calcula]i raportul , unde este masa de gaze existent\ `n balon `n starea ini]ial\ [i masa de gaz existent\ `n balon la sfar[itul experien]ei. Aprecia]i dac\ se justific\ ipoteza masei de gaz constant\ `n timpul succesiunii proceselor descrise. Aprecia]i avantajele folosirii manometrului cu ap\ fa]\ de unul cu mercur. Face]i aprecieri asupra cvasista]ionarit\]ii proceselor suferite de gazul din balon |
