Росдистант Физика 1 . Лабораторная работа 2,3 Техносферная безопасность

Лабораторная работа № 2,3 Принято 7/7 баллов

«Теплоемкость идеального газа»

Цель работы:

·                  Знакомство с теплоемкостью идеального газа в изохорическом и изобарическом процессах.

·                  Экспериментальное подтверждение закономерностей изопроцессов.

·                  Экспериментальное определение количества степеней свободы и структуры молекул газа в данной модели.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ:

Идеальным называется такой газ, в котором считается, что собственный объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда, в котором он находится, силы взаимодействия между молекулами газа отсутствуют, а столкновения между молекулами газа абсолютно упругие.

Внутренней энергией газа U называется сумма кинетической энергии хаотического (теплового) движения всех молекул газа и энергии взаимодействия молекул газа между собой. Для идеального газа внутренняя энергия – это только кинетическая энергия всех молекул газа.

Внутренняя энергия идеального газа определяется числом степеней свободы его молекул и температурой газа.

Числом степеней свободы i механической системы называется количество независимых величин, с помощью которых может быть однозначно задано положение системы в пространстве.

средняя кинетическая энергия молекулы:    

где i – сумма числа поступательных, числа вращательных и удвоенного числа колебательных степеней свободы молекулы:   

Теплоемкостью тела называется величина, равная количеству теплоты, которое нужно сообщить телу, чтобы повысить его температуру на 1 К.

Удельная теплоемкость вещества – величина, равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 кг вещества на 1 К:

Молярная теплоемкость вещества – величина, равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 моля вещества на 1 К: откуда   

Различают теплоемкости газа при изохорном и изобарном процессах.

1. Молярная теплоемкость газа при изохорном процессе

Для изохорного процесса первое начало термодинамики:

Следовательно   

,    откуда   

2. Молярная теплоемкость газа при изобарном процессе

Для изобарного процесса первое начало термодинамики:

Так как для изобарного процесса

то                                    

 откуда                                  

Рассмотрим теплоемкость идеального газа в изопроцессах.

1.    Адиабатический.

В адиабатическом процессе теплообмена с окружающей средой не происходит, т.е.

 =0. Следовательно, теплоемкость идеального газа в адиабатическом процессе также равна нулю: С

=0.

2.    Изотермический.

В изотермическом процессе постоянна температура, т.е. dT = 0. Следовательно, теплоемкость идеального газа стремится к бесконечности:

3.    Изохорный.

В изохорическом процессе постоянен объем, т.е. δV = 0. Элементарная работа газа равна произведению изменения объема на давление, при котором происходит изменение (δA = δVP). Первое начало термодинамики для изохорического процесса имеет вид:

dU = δQ = C

ΔT.                         

А для идеального газа        

Таким образом                        

где i - число степеней свободы частиц газа.

4.    Изобарный.

В изобарическом процессе (P = const):