Закон Бойля-Мариотта.

Лабораторная работа

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Цель. Экспериментально проверить зависимость изменения объема газа данной массы и изменение его давления при постоянной температуре (проверить закон Бойля-Мариотта).

Теоретическое обоснование

Изопроцессы — равновесные процессы, в которых один из основных параметров сохраняется.

Процесс изменения давления и объема газа при постоянной температуре называется изотермическим процессом.

ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС (T=const)

Изотермический процесс в идеальном газе подчиняется закону Бойля - Мариотта: для данной массы газа при неизменной температуре произведение значений давления и объема есть величина постоянная: pV=const  или  p₁V₁=p₂V₂

График зависимости давления газа от его объема при изотермическом процессе называется изотермой.

p₁ и V₁ – давление и объем воздуха в одном состоянии

p₂ и V_{2 -}  давление и объем воздуха в другом состоянии

Оборудование: стеклянная трубка 10-12 мм и длиной 60 см, запаянная с одного конца, мензурка (250 мл) с водой комнатной температурой, измерительная лента (линейка), барометр.

Ескерту: Шыны түтікшенің диаметрі 10-12 мм және ұзындығы 60 см  шыны түтікше болмаса, онда диаметрі және ұзындығы басқа шыны түтікше қолдануға болады. Ондай жағдайда шыны түтікшенің диаметрі 10-12 см-ден аспау керек, ал ұзындық қалауыңызша.

Исследуемым газом в выполняемой работе является воздух, находящийся внутри прозрачной стеклянной трубки с пробкой на конце. (рис.1)

Поскольку внутренняя полость трубки имеет форму цлиндра и площадь S ее поперечного сечения одинакова по всей длине трубки, то   

V₁=Sl₁  и  V₂=Sl₂  

Ход работы

1. Измерте линейкой длину l_1,  столба воздуха в трубке начальном состояний.

2. Измерте давление p₁ воздуха в начальном состояний, используя барометр (или посмотрите атмосферное давление на данный момент p₁  в интернете).

3. Заполните мензурку  водой комнотной температуры.

4. Погрузите в мензурку с водой трубку так, чтобы ее открытый конец оказался у дна мензурки. (см.рис.2)

5.Наблюдайте за поступлением воды трубку. Когда оно  прекратится, измерте длину ∆L столба воды, вошедший трубку.

6. Измерте разность уровней  h воды в мензурке и трубке.

7. Вычислите длину l₂  столба воздуха в трубке в конечном состояний: l₂ = l₁ - ∆L 

8.  Вычислите давление воды  p_в  столба воды по формуле p_в= ρgh. Где ρ-плотность воды (ρ=1000 кг/м³ ). Ускорение свободного падения g=9,8 м/с².

9. Вычислите давления  p₂ водуха в трубке конечном состояний: p₂= p₁+ p_c

10. Вычислите отношение p₁∙l₁ / p₂∙l₂ . Результат вычисление запишите в таблицу.

11. Различие между теоретичиским ожидаемым   и экспериментально полученным  () результатами позволяет оценит относительную погрешенность экспериментального потверждения закона Бойля-Мариота.

12. Сделайте вывод о выполнений или невыполнении (или выполнение с небольшой погрешенностью) изотермического закона Бойля – Мариотта полученным в ходе работы результатам.

(P.S. Для того, чтобы утверждать о выполнений закона нужно этот закон сначала сформулировать, а затем показать конкретный результат, найденный в работе, который его подверждает.)

Контрольные вопросы

1.      При каких условиях для определения параметров состояния газа можно использовать уравнение PV=const?

2.      Почему при выполнении данной работы процесс изменения обьема воздуха можно считать практически изотермическим?

3.      Что влияет на точность полученных результатов?