Опис установки та методу вимірювання

ВИЗНАЧЕННЯ ГАЗОВОЇ (МОЛЯРНОЇ) ПОСТОЯННОЇ І ШВИДКОСТІ РУХУ МОЛЕКУЛ ПОВІТРЯ

Мета роботи: вимірювання газової постійної методом відкачування, визначення швидкості руху молекул.

Обладнання: скляний балон, ваги з різновагами, термометр, насос, манометр, барометр-анероїд.

Коротка теорія

Газ вважають ідеальним, якщо розмірами молекул можна знехтувати і молекули вважатимуться матеріальними точками, які рухаються вільно, не взаємодіючи друг з одним, крім моментів зіткнень. Властивості газу характеризуються параметрами стану: тиском, температурою, об'ємом, кількістю речовини, масою. Для ідеального газу вони пов'язані один з одним рівнянням стану – рівнянням Менделєєва-Клапейрона

.

Кількість речовини, що вимірюється в моляхn,визначається як відношення числа структурних елементів (молекул)N, що містяться в даній масі речовини, до АвогадроNА:

.

З іншого боку, кількість речовини можна знайти як відношення маси речовиниmдо його молярної масиm:.

Газова (молярна) постійна R чисельно дорівнює роботі ізобарного розширення одного моля ідеального газу при нагріванні на один кельвін. Вона однакова для всіх газів. З порівняння молярних теплоємностей ізобарного і ізохорного процесів випливає, що їхня різниця дорівнює газовій постійної. Цю постійну часто називаютьмолярноюпостійною.

Для визначення газової постійної вимірюють параметри газу в тому самому обсязі балона в двох станах - до і після відкачування. Записують рівняння стану для кожноговипадку, віднімають з першого рівняння друге, отримуючи розрахункову формулу для обчисленняR:

, (1)

деDРіDm- різниця тисків і мас газу в посудині до і після відкачування.

Внутрішня енергія ідеального газу складається із кінетичної енергії руху його молекул. Середня кінетична енергія поступального руху молекули визначається температурою газу:

, (2)

де m0 - маса молекули, - Середнє значення квадрата швидкості молекул.

У кінетичній теорії газу зв'язок між тиском газу і характеристиками його молекул описана основним рівнянням: Якщо записати це рівняння для двох станів газу (до і після відкачування), то, віднімаючи з першого рівняння друге, отримаємо формулу для обчислення середньоквадратичної швидкості молекул по різниці тисків та мас газу:

. (3)

Контрольні питання

1. Який газ називають ідеальним?

2. Дайте визначення молячи.

3. Що показує молярна маса речовини?

4. Як обчислити кількість речовини у певній масі газу?

5. Якими параметрами можна описати стан ідеального газу?

6. Запишіть основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу. Поясніть значення величин, що входять до рівняння.

7. Запишіть рівняння стану ідеального газу. Поясніть сенс кожної величини, яка входить до рівняння.

8. Виведіть робочу формулу для визначення постійної газової.

9. Який фізичний сенс газової постійної?

Опис установки та методу вимірювання

Метод вимірювання газової постійноїRзаснований на тому, що повітря вважають ідеальним газом, що підпорядковується рівнянню Менделєєва-Клапейрона, вимірюють його параметри в балоні при атмосферному тискупісля видалення деякої частини газу (після відкачування). Скляний балон у вигляді кулі з відростком з'єднують гумовою трубкою з манометром, якого з іншого боку приєднаний насос для відкачування повітря з балона. Схема установки представлена ​​на рис. 1. Фотографію установки наведено на рис. 2.

Обчислення середньої квадратичної швидкості молекул виконують двома способами: за експериментальними даними (формула 3) та за формулою середньої квадратичної швидкості через температуру та молярну масу повітря.

---