Universitatea de Stat din MoldovaFacultatea de Fizică şi Inginerie

Catedra Fizică Aplicată şi Informatică

Lucrare de laborator nr.23Tema: „Determinarea raportului capacităților

termice a gazului Cp/Cv pentru aer”

A efectuat studentul gr.1.3 TI. A controlat conf. univ. Furtună Dan V. Nicorici

Chişinău 2015

Scopul lucrării :

Determinarea raportului capacităților termice Cp/Cv pentru aer.

Aparate și acceseorii:

Balon de sticlă, pompă, manometru, cronometru.

Note teoretice:

Prin gaz ideal subînțelegem gazul care reprezintă o totalitate de molecule similare, ce se deplasează haotic fără a interacționa la distanță. Dimensiunile 00moleculelor sunt atît de mici încît volumul lor sumar, în comparație cu volumul vasului, poate fi negat. Majoritatea timpului molecule se mișcă liber, suferind ciocniri elastice cu alte molecule și cu pereții vasului.

Starea masei gazului dat poate fi caracterizată prin trei parametri: presiunea P, volumul V și temperatura T. Pentru un mol de gaz ideal ecuația de stare este ecuația Mendeleev Klapayron :

PV=RT(1), unde R – constanta universală a gazelor R=8,31J/mol*K(2) .Pentru masa arbitrară m a gazului ecuația va avea aspectul : ,unde - masa molară.

Pentru gazele ideale sunt valabile următoarele legi : a. Legea Boyle-Mariotte : pentru o temperatură și o masă invariabileprodusul

valorilor numerice ale presiunii și volumului gazului sunt constante: PV=const (4)

b. Legea Gay-Lussac : pentru o presiune constantă volumul masei gazuli dat

este direct proporțional cu temperatura lui absolută : (5) ,

unde volumului gazului la temperatura T0=273,15K, =1/T0 coeficientul dilatării de volum.

c. Legea lui Sharles : pentru un volum constatnt presiunea masei date a gazului

este direct proporțională cu temperatura lui absolută. , (6) unde P0

presiunea gazului la o temperatură T0=273,15K.d. Legea lui Avogadro : la presiuni și temperature constante în volume egale a

diferitor gaze ideale se conține același număr de molecule sau un gram-moleculă a diferitor gaze ideale are același volum pentru presiuni și temperature similare. Energia internă a sistemului include energia haotică(termică) a mișcării tuturor microparticulelor sistemului (a moleculelor , atomilor, ionilor, ș.ă.) energia de intereacțiune a acestor particule, energia invelișurilor electronice ale atomilor și ionelor, energia internucleară.

Reișind din definiția gazului ideal , energia lui internă este determinată de energia cinetică a deplăsării haotică a tuturor moleculelor lui. Teoreia cinetico-moleculară a gazelor implică o consecință foarte importantă : moleculele efectuiază o mișcare haotică și energia cinetică media a mișcării de translație a

moleculelor la temperature T este egală cu : , (7) unde R- constanta universală a gazului, N- numărul lui Avogadro, k=R/N- constanta lui Boltzman : (8)

Capacitatea termică a unui oarecare corp se numește mărimea fizică egală numeric cu cantitatea căldurii necesare corpui pentru a-i ridica temperatura cu un grad.

Capacitatea termică a unei unei unități de masă a substanței se numește capacitate termică specifică. Unitatea de măsură a capacității termice specifice este J/K kg.

Paralel cu capacitatea termică specifică , se introduce pentru studiere și capacitatea termică molară, egală numeric cu cantitatea de căldură, necesară unui mol de gaz, pentru a schimba temperatura cu un grad . Se măsoară în J/K mol.

Între capacitatea termică molară a substanței și capacitatea termică specifică avem proporția : Cs=Cm/

Descrierea instalației Instalația experimentului este compusă dintr-un balon de sticlă unit cu

manometrul și pompa . Prin intermediul robinetului balonul se unește cu atmosferă . Clema poate închide furtunul, care unește balonul cu pompa.

Dacă pompăm în balon o cantitate de aer nu prea mare și închidem robinetul, atunci presiunea aerului în interiorul balonului va crește. În aceste condiții, coloana manometrului nu se va situa de la început în poziția finală, deoarece comprimarea este adiabatică și, în consecința, temperatura aerului se ridică. Diferența finală de nivel h în manometrul se stabilește numai atunci cînd temperatura aerului din balon se egalează cu datorită conductibilității termice a pereților cu temperatura mediului ambiant.

Modul de lucru :1. Deschizind robinetul obținem ca lichidul din ambele coturi ale

manometrului să se afle la același nivel.2. Închidem robinetul și presăm clema.3. Cu o mare atenție pompăm aer în balon. Cînd diferența nivelelor în

manometru va atinge 20-25 cm, strîngem clema.4. La pomparea aerului din balon se încălzește, de aceea trebuie să așteptăm 2-

3 minute pînă cînd, datorită schimbului de căldură , temperatura din balon devine egală cu temperatura camerei. Drept indice a temperaturii, care s-a stabilit , servește diferența invariabilă a nivelelor lichidelor din cotul manometrului, care este indicată pe scară manometrului.

5. Deschidem robinetul și în acea clipă , cînd nivelul lichidului din ambele coturi ale manometrului este acelaș , apoi repede închidem.

6. Din nou așteptăm 2-3 minute , în care gazul , care s-a răcit la dilatarea adiabatică, se încălzește pînă la temperatura camerei. Cînd nivelul lichidului din manometru se egalează calculăm h2.

7. Conform formulei calculăm raportul capacității termice Cp/Cv8. Determinăm erorile și scriem rezultat final

Nr.exp L1, cm

L2, cm

h1=L1-L2,cm

L1, cm L2, cm

h2=L1-L2,cm

1 38,4 12,1 26,3 29,1 21,6 7,5 1,402 38,6 11,9 26,7 29,3 21,4 7,9 1,423 37,9 12,4 25,5 28,9 21,8 7,1 1,394 38,5 12,0 26,5 29,4 21,3 8,1 1,445 38,4 12,1 26,3 29,1 21,6 7,5 1,40Med 26,26 7,62 1,41

Rezultat final :

Concluzie :

La efectuarea acestui experiment , am determinat raportul capacităților termice

pentru aer. Am făcut cunoștință cu instalația predestinată măsurării presiunii

aerului. La măsurarea timpului și presiunii am comis erori. Din această cauză

rezultatele obținute în urma calculelor nu sunt exacte. Am aflat ce se numește

capacitatea termică molară, specifică.Am aflat noi legi cum ar fi legea lui

Avogardo etc.