Лабораторная работа № 3
Тема: Экспериментальная проверка закона Гей-Люссака.
Цель работы: иэкспериментально проверить справедливость соотношения V1/T1 = V2/T2.
Оборудование:
- стеклянная трубка, запаянная с одного конца, длиной 600 мм и диаметром 8-10 мм;
- цилиндрический сосуд высотой 600 мм и диаметром 40-50 мм, наполненный горячей водой (t ~ 60 °С);
- стакан с водой комнатной температуры;
- пластилин.
Теоретическая часть
Чтобы проверить, выполняется ли закон Гей-Люссака, достаточно измерить объем и температуру газа в двух состояниях при постоянном давлении и проверить справедливость равенства V1/T1 = V2/T2. Это можно осуществить, используя в качестве газа воздух при атмосферном давлении.
Стеклянная трубка открытым концом вверх помещается вертикально на 3-5 мин в цилиндрический сосуд с горячей водой (рисунок). В этом случае объем воздуха V1 равен объему стеклянной трубки, а температура - температуре горячей воды T1. Это - первое состояние. Чтобы при переходе воздуха во второе состояние его количество не изменилось, открытый конец стеклянной трубки, находящейся в горячей воде, замазывают пластилином. После этого трубку вынимают из сосуда с горячей водой и замазанный конец быстро опускают в стакан с водой комнатной температуры (рисунок), а затем прямо под водой снимают пластилин. По мере охлаждения воздуха в трубке вода в ней будет подниматься. После прекращения подъема воды в трубке (рисунок) объем воздуха в ней станет равным V2<V1, а давление р = ратм - ρgh. Чтобы давление воздуха в трубке вновь стало равным атмосферному, необходимо увеличивать глубину погружения трубки в стакан до тех пор, пока уровни воды и в стакане не выровняются (рисунок). Это будет второе состояние воздуха при температуре T2 окружающего воздуха. Отношение объемов воздуха в трубке в первом и втором состояниях можно заменить отношением высот воздушных столбов в трубке в этих состояниях, если сечение трубки постоянно по всей длине V1/V2 = Sl1/Sl2 = l1/l2. Поэтому в работе следует сравнить отношения l1/l2 и T1/T2. Длина воздушного столба измеряется линейкой, температура - термометром.
Указания к работе
1. Подготовьте бланк отчета с таблицей для записи результатов измерений и вычислений.
Измерено | Вычислено | |||||||||
l1, мм | l2, мм | t1, 0С | t2, 0С | Δиl, мм | Δol, мм | Δl, мм | T1, К | T2, К | ΔиT, К | ΔoT, К |
значение | ||||||||||
Вычислено | ||||||||||
ΔT, К | l1/l2 | ε1, % | Δ1 | T1/T2 | ε2, % | Δ2 |
2. Подготовьте стакан с водой комнатной температуры и сосуд с горячей водой.
3. Измерьте длину l1 стеклянной трубки и температуру воды в цилиндрическом сосуде.
4. Приведите воздух в трубке во второе состояние так, как об этом рассказано выше. Измерьте длину l2 воздушного столба в трубке и температуру окружающего воздуха T2.
5. Вычислите отношения l1/l2 и T1/T2, относительные (ε1 и ε2) и абсолютные (Δ1 и Δ2) погрешности измерений по формулам
ε1 = Δl/l1 + Δl/l2, Δ1 = l1ε1/l2; ε2 = ΔT/T1 + ΔT/T2, Δ2 = T1ε2/T2
6. Сравните отношения l1/l2 и T1/T2 (см. п. 3 и рисунок введения к лабораторным работам).
7. Сделайте вывод о справедливости закона Гей-Люссака.
Подробнее...