Pomiar ciepła molowego powietrza metodą rozładowania
Transkrypt
Pomiar ciepła molowego powietrza metodą rozładowania
ĆWICZENIE 11 Ciecze i gazy POMIAR CIEPŁA MOLOWEGO POWIETRZA METODĄ ROZŁADOWANIA KONDENSATORA Opis teoretyczny do ćwiczenia zamieszczony jest na stronie www.wtc.wat.edu.pl w dziale DYDAKTYKA – FIZYKA – ĆWICZENIA LABORATORYJNE. Opis układu pomiarowego Zdjęcie układu przedstawione jest powyżej. Kondensator rozładowuje się poprzez spiralę o oporze kilkudziesięciu omów. Powoduje to wzrost temperatury i ciśnienia gazu w naczyniu. Ponieważ objętość naczynia znacznie przewyższa objętość manometru, przemianę można uważać za izochoryczną. Rozładowanie kondensatora i ogrzanie gazu zachodzi w czasie rzędu 1 s. Przy dostatecznie dobrej izolacji cieplnej gaz nie zdąży wówczas przekazać przyrostu energii ściankom naczynia. Przeprowadzenie pomiarów 1. Wyrównać ciśnienie w zbiorniku z ciśnieniem atmosferycznym przez otwarcie zaworu umieszczonego w głowicy - wyrównają się wysokości słupków cieczy w obu ramionach manometru, następnie zamknąć zawór. Zapamiętać zerowe położenie skali do odczytywania zmian ciśnienia. Zanotować aktualne wartości: temperatury otoczenia T, ciśnienia atmosferycznego pat; objętości naczynia Vn. Oszacować ich niepewności maksymalne ΔT , Δpat , ΔVn . ĆWICZENIE 11 Ciecze i gazy 2. Ustawić wyłącznik P w położeniu "Ładowanie", następnie ustawić przy pomocy zasilacza napięcie o wartości 20 V. W ten sposób kondensator zostanie naładowany do żądanego napięcia (w tym wypadku do 20 V). 3. Rozładować kondensator przez opór R (wyłącznik P w położeniu "Rozładowanie"), zanotować maksymalną zmianę wysokości słupa cieczy h, która nastąpiła w jednym z ramion manometru. Wówczas wyznaczona zmiana ciśnienia p 2 g h (gdzie - gęstość cieczy w manometrze równa (0,790 0,001) g/cm3). 4. Po powrocie ciśnienia do poprzedniego stanu pomiar powtórzyć przynajmniej 10 razy. Do obliczeń przyjąć średnią wartość wysokości słupa cieczy. 5. Powtórzyć pomiary (według punktów 2 – 4) dla co najmniej 10 napięć zawartych w przedziale 20 V – 40 V. Uwaga: Ze względu na liniową zależność przyrostów ciśnienia do kwadratów napięcia kondensatora wygodnie jest dobrać przedziały napięcia nieliniowo tak, aby przyrosty kwadratów napięć były sobie równe, np. dla napięć 20,00; 22,36; 24,49; 26,46; 28,28; 30,00; 31,62; 33,17; 34,64; 36,05; 37,42; 38,73 i 40,00 V ich kwadraty są równo odległe i wynoszą: 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600 V2. Opracowanie wyników pomiarów 1. Wykreślić doświadczalną zależność p f (Vm2 ) . Stosując metodę aproksymacji Gaussa najmniejszych kwadratów wyznaczyć parametry prostej y a x b , gdzie x Vm2 , y p , natomiast parametry prostej oraz ich niepewności wyznaczamy z n n xi a i 1 n n yi n ( x i y i ) i 1 n i 1 2 b n n n xi xi yi yi xi2 i 1 i 1 i 1 n i 1 2 n xi n xi2 i 1 i 1 n xi n xi2 i 1 i 1 n a 1 n2 n n i2 i 1 n n i 1 xi2 n xi i 1 2 1 n2 b xi2 n i2 i 1 i 1 n n i 1 xi2 n xi i 1 2 gdzie: n n n n i 1 i 1 i 1 i 1 i2 yi2 a xi yi b yi W oparciu o obliczone parametry poprowadzić na wykresie teoretyczną prostą. Porównać położenie punktów doświadczalnych względem teoretycznej prostej, a także wyznaczyć współczynnik korelacji (0<R2<1), którego wartość bliska 1 świadczy o zgodności rozkładów punktów eksperymentalnych z wyznaczoną prosta n xi x yi y R 2 i 1 2 n n x x y i i 1 i 2 2 . y i 1 2. Obliczyć wartość ciepła molowego powietrza przy stałej objętości stosując wzór cV pC 2naT ĆWICZENIE 11 Ciecze i gazy Przyjąć do obliczeń p = pat. Na podstawie zależności c P c V R znaleźć ciepło molowe powietrza przy stałym ciśnieniu przyjmując R = 8,32 J/mol K. 3. Wyznaczyć niepewność złożoną ciepła molowego przy stałej objętości biorąc pod uwagę oszacowane w punkcie pierwszym przebiegu pomiarów niepewności maksymalne ΔT , Δpat , ΔVn i niepewność maksymalną C oraz niepewność standardową u (a ) . Zastosuj wzór: p 1 T u (a) at 3 T a p at 2 u c, r (cV ) cV 2 2 V n Vn 2 2 C C Obliczyć każdy składnik sumy pod pierwiastkiem i oszacować, co najbardziej zaważyło na otrzymanej niepewności pomiarowej u c (cV ) . 4. Porównać wyniki z przewidywanymi teoretycznymi i wyciągnąć wnioski. Zestawić wyniki, przeanalizować uzyskane rezultaty, wyciągnąć wnioski. Stwierdzić czy cel ćwiczenia: wyznaczenie wartości Cp dla powietrza; wyznaczenie wartości Cv dla powietrza; wyznaczenie stosunku Cp /Cv dla powietrza; został osiągnięty. ĆWICZENIE 11 Ciecze i gazy Grupa …................................................................................................................................................................... 3.1 Wartości teoretyczne wielkości wyznaczanych lub określanych. dla powietrza: Cp/Cv = …......... Cp = …......... Cv = …......... 3.2 Potwierdzić na stanowisku wartości parametrów! I ich niepewności! C = 8800 300 F albo C = 10000 500 F; Vn = 2900cm3 10cm3. Gęstość cieczy manometrycznej w warunkach normalnych 0,790 ± 0,001 g/cm3 3.3 Pomiary i uwagi do ich wykonania. L.p. Napięcie V […..] 1 20,00 2 22,36 3 24,49 4 26,46 5 28,28 6 30,00 7 31,62 8 33,17 9 34,64 10 36,05 11 37,42 12 38,73 13 40,00 Niepewność pomiaru napięcia …........ Wysokość h1 […..] Wysokość h2 […..] Niepewność pomiaru wysokości …........ 3.4 Data i podpis osoby prowadzącej......................................................................................................................................