Oro molinių šilumų santykio Cp/Cv nustatymas

Ištrauka

3.ORO MOLINIŲ ŠILUMŲ SANTYKIO CP /CV NUSTATYMAS
1. Darbo užduotis. Klemano ir Dezormo būdu nustatyti oro molinių šilumų CP santykį su CV ir
apskaičiuoti jo molekulės laisvės laipsnių skaičių.
2. Teorinio pasirengimo klausimai. Molekulės laisvės laipsnių samprata. Idealiųjų dujų vidinė
energija. Molinė šiluma. Idealiųjų dujų molinės šilumos CP , CV ir jų santykis . Adiabatinis procesas ir
jo lygtis.
3. Teorinė dalis. Kūno laisvės laipsnių skaičius yra lygus nepriklausomų koordinačių, visiškai
apibūdinančių jo padėtį erdvėje, skaičiui. Vienatomės molekulės padėčiai nusakyti reikia 3-jų
koordinačių. Ji gali tik slinkti, todėl turi 3-is slenkamojo judėjimo laisvės laipsnius.
Dviatomės kietojo ryšio molekulės padėtį erdvėje nusakome 5-mis koordinatėmis. Tokia molekulė
turi tris slenkamojo judėjimo ir du sukamojo judėjimo laisvės laipsnius. Jei dviatomės molekulės
tarpatominis ryšys yra tamprus, tuomet aukštoje temperatūroje T atomai ima virpėti ir molekulė turi
dar šeštąjį – virpamojo judėjimo laisvės laipsnį.
Kietojo ryšio (nv = 0) dviatomei molekulei i = 5.
Moline šiluma vadiname dydį
. (1)
Dujoms ypač svarbi izochorinė (pastovaus tūrio) molinė šiluma
(2)
ir izobarinė (pastovaus slėgio) molinė šiluma
. (3)
Šių molinių šilumų santykis
(4)
priklauso nuo dydžio i, kuris susietas su molekulės laisvės laipsniais. Taigi eksperimentiškai nustatę
dydį , galime spręsti apie tą dujų molekulės laisvės laipsnių skaičių, o tuo pačiu molekulės sandarą.
4. Aparatūra ir darbo metodas. Darbe oro molinių šilumų santykio  nustatymui naudojamas
Klemano ir Dezormo būdas. Jis remiasi adiabatinio proceso dėsningumais. Termodinaminėje sistemoje
28
28

vykstantys procesai, kai nėra šilumos mainų su aplinka (Q = 0 ), vadinami adiabatiniais. Tokie
procesai vyksta termodinaminėse sistemose, apgaubtose šilumai nelaidžiu apvalkalu, arba, kai
procesas rutuliojasi labai greitai ir nespėja įvykti šilumos mainai. Laboratoriniame darbe turėsime
pastarąjį atvejį. Adiabatinio proceso metu dujų tūrį V ir slėgį p sieja Puasono lygtis:
.(5)
Klemano ir Dezormo įrenginį sudaro
didelis V talpos stiklinis indas 1 (1 pav.),
kompresorius ir vandens manometras 2.
Kompresoriumi slegiame inde orą tol, kol
vandens lygių skirtumas manometro šakose
bus lygus 20 cm ar daugiau. Tada užsukame
čiaupą 3. Suslegiant orą, jis įšyla, todėl
laukiame kokias 5 min, kol jo temperatūra
susivienodina su aplinkos temperatūra T1.
Tuomet manometriniame vamzdelyje nusistovi skysčio lygių skirtumas h1. Šiuo atveju oro slėgis inde
; čia p0 – atmosferos slėgis,  - skysčio tankis. Sakykime, kad V tūrio inde oro masė m.
Trumpam atsukame čiaupą 4, kad iš indo išeitų masės m oro kiekis ir slėgis inde susilygintų su
atmosferos slėgiu p0 . Dabar inde likusios dujos, kurių masė , užima visą tūrį V, prieš tai
jos užėmė mažesnį tūrį V1, vadinasi jos išsiplėtė. Plėtimasis vyko greitai, galima sakyti adiabatiškai.
Dėl to inde likusioms dujoms galime taikyti Puasono lygtį
. (6)
Adiabatiškai besiplėsdamas oras atšąla, todėl palaukus 5 min, jo temperatūra vėl susivienodina su
aplinkos temperatūra T1. Inde orui įšilus, jo slėgis padidėja ir manometre susidaro skysčio lygių
skirtumas h2. Dabar oro slėgis inde . Kadangi masės m1 oro pradinės būsenos
parametrai yra , galutinės būsenos - , tai galime taikyti Boilio ir Marioto dėsnį
. (7)
Spręsdami (6) ir (7) lygčių sistemą, gauname
. (8)
5. Darbo rezultatai:
Suslėgę inde orą ir palaukę, manometru išmatuojame h1. Trumpam atsukę čiaupą 4, leidžiame dujoms
išsiplėsti. Uždarę čiaupą ir vėl palaukę, išmatuojame h2 ir apskaičiuojame :
29
29
1 p a v.
1
1
2
4
3
h
h
a rb a
2

; ;
Bandymą pakartoję dar 4 kartus, apskaičiuojame dydžio  aritmetinį vidurkį <  >. Matavimų ir
skaičiavimų rezultatus surašome į lentelę:
Nr. h1 j , mm h2 j , mm  j...