УРОКИ ФІЗИКИ У 10 КЛАСІ.
МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА І ТЕРМОДИНАМІКА

ФІЗИЧНИЙ ПРАКТИКУМ*

Практична робота № 3

Тема. Вивчення одного з ізопроцесів. Дослідна перевірка ізобарного процесу

Мета: навчитись досліджувати ізобарний процес і перевірити виконання закону Гей-Люссака.

Обладнання: скляна трубка завдовжки 60 см і діаметром 8-10 мм, запаяна з одного кінця; циліндрична посудина висотою 60 см і діаметром 40-50 мм, наповнена гарячою водою (t -50 °С); склянка з водою кімнатної температури; пластилін; лінійка; термометр.

Теоретичні відомості

Процес зміни стану термодинамічної системи за сталого тиску називають ізобарним (від грецького слова «барос» — вага). Ізобарний процес описується законом Гей-Люссака, який є наслідком рівняння стану ідеального стану при р = const і має вигляд:

що еквівалентно

Щоб перевірити закон Гей-Люссака, потрібно виміряти об’єм і температуру газу у двох станах за сталого тиску і порівняти відношення V1/V2 та T1/T2. Це можна зробити, використовуючи повітря за атмосферного тиску.

Рис. 1

Скляну трубку відкритим кінцем догори занурюють майже повністю на 3-5 хв. у циліндричну посудину з гарячою водою (рис. 1, а). У цьому випадку об’єм повітря V1 дорівнює об’єму скляної трубки, а температура — температурі гарячої води Т1. Це перший стан повітря. Щоби під час переходу повітря в другий стан його кількість не змінилася, відкритий кінець трубки, що знаходиться в гарячій воді, закривають пластиліном. Після цього трубку виймають з гарячої води і закритий пластиліном кінець швидко занурюють у склянку з водою кімнатної температури (рис. 1, б), а потім під водою знімають пластилін.

У міру охолодження повітря в трубці вода в ній підійматиметься. Після припинення підіймання води в трубці тиск повітря у ній встановиться залежно від рівнів води у склянці і трубці. Щоб тиск у трубці був рівний атмосферному, потрібно вирівняти рівні води в склянці і трубці (рис. 1, в). У цьому випадку об’єм повітря в трубці дорівнюватиме V2 < V1, а температура дорівнює кімнатній температурі Т2 < Т1. Це буде другий стан повітря в трубці.

Відношення об’ємів по повітря в трубці в першому і другому станах можна замінити відношенням довжин стовпів повітря у двох станах, бо переріз трубки однаковий по всій її довжині  Тому в роботі слід порівняти відношення  Довжину повітряного стовпа вимірюють лінійкою, а температуру — термометром.

ХІД РОБОТИ

1. Підготувати зошит до роботи (також накреслити таблицю).

2. Підготувати склянку з водою кімнатної температури і посудину з гарячою водою.

3. Виміряти довжину l1 скляної трубки і температуру гарячої води t1 у циліндричній посудині.

4. Скляну трубку відкритим кінцем догори занурюють майже повністю на 3-5 хв. у циліндричну посудину з гарячою водою (рис. 1, а) і закрити її герметично шматочком пластиліну.

5. Трубку виймають з гарячої води і закритий пластиліном кінець швидко занурюють у склянку з водою кімнатної температури (рис. 1,6), а потім під водою знімають пластилін.

6. Після того як рівень води у трубці встановиться, потрібно шляхом зміни глибини вирівняти рівні води в трубці і склянці (рис. 1, в).

7. Виміряти довжину l2 повітряного стовпа і температуру води t2 у склянці з водою.

8. Обчислити відношення l1/l2 і T1/T2, відносні (ε1 та ε2) і абсолютні (Δ1 та Δ2) похибки вимірювань цих відношень за формулами:

де Δl = 1,5 мм і ΔT = 1,5 К.

9. Порівняти відношення l1/l2 і T1/T2 і зробити записи обчислень у таблицю.

10. Зробити висновок про справедливість закону Гей-Люссака.

Контрольні запитання

1. Чому після занурення трубки у склянку з водою кімнатної температури вода в трубці підіймається?

2. Чому у випадку, коли рівні води у склянці й у трубці однакові, тиск повітря у трубці дорівнює атмосферному?

3. Від чого залежить точність перевірки виконання закону Гей-Люссака?