Лабораторные работы Взаимодействие между молекулами Диффузия Молекулярная физика Структура твердых тел Кинетическая теория газа Измерение вакуума

Молекулярная физика и основы термодинамики Лабораторные работы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 114

Определение молярной газовой постоянной методом откачки

Цель работы: экспериментально определить молярную газовую постоянную.

Приборы и принадлежности: металлический баллон с вакуумным краном, технические весы, насос Камовского, вакууметр ВСС – 711, соединительные трубки, термометр, барометр.

Теория метода и описание установки

В данной работе молярная (универсальная) газовая постоянная измеряется методом откачки. Экспериментальная установка (рис. 1) состоит из металлического баллона V, соединенного с вакуумметром ВСС – 11. Вся система подключена к ручному вакуумному насосу Камовского. Кран К изолирует баллон от атмосферы.

Запишем уравнения состояния для газа m1 и m2, занимающих одинаковый объем V при постоянной температуре Т. Эти состояния будут отличаться давлениями:

, (1)

,  (2)

где М – молярная масса газа, R – молярная газовая постоянная, р1 и р2 – давления. Из уравнений (1) и (2) найдем молярную газовую постоянную:

.  (3)

Из формулы (3) следует, что для ее определения достаточно найти изменение давления в сосуде заданного объема, соответствующее изменению массы газа при постоянной температуре.

Порядок выполнения работы

Взвешиванием на весах определите массу баллона с воздухом (m0 + m1) при открытом кране К.

При помощи вакуумного резинового шланга подключите баллон к системе и отметьте начальное показание р1, кг/см2 вакуумметра ВСС – 711.

Откачайте насосом воздух из баллона до некоторого конечного давления р2~ -0,7 кг/см2, (обратите внимание на то, что отсчет ведется от атмосферного давления, условно принятого за нуль в сторону отрицательных давлений). Запишите показание вакуумметра и закройте кран баллона.

Отсоедините откаченный баллон с закрытым краном от вакуумной системы, и взвешиванием найдите массу баллона с остатком воздуха (m0 + m2).

Определите температуру воздуха в баллоне, принимая ее за комнатную.

Измерения по пп. 2 и 4 проделайте не менее трех раз при различных остаточных давлениях р2.

Вычислите по формуле (3) значения R при различных условиях опыта Примите за величину V=0,97·10-3 м3, М = 28,98·10-3 кг/моль, р = 1кг/см2 = 0,9807*105 Па.

Проведите оценку ошибок измерения Rср. Для этого:

а) вычислите среднее арифметическое Rср. по трем (n = 3) значениям Ri, полученным при различных условиях опыта:

;

б) найдите остаточные ошибки отдельных измерений Ri:

ΔRi = Ri - Rcр;

в) вычислите среднюю квадратичную погрешность SR среднего значения Rср:

;

г) определите границы доверительного интервала результата измерений:

,

где  - коэффициент Стьюдента для доверительной вероятности δ = 0,95 при n = 3. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

ТАБЛИЦА

i

 m0+ m1,

кг

m0 + m2,

кг

m1 – m2,

кг

p1,

Па

p2,

Па

p1 – p2,

Па

R1,

Дж/моль·К

Rтаб.,

Дж/моль·К

1

2

3

Rср =

д) окончательный результат запишите в виде

R = (Rср ± ΔR), Дж/ (моль·К); ε = (ΔR/R)· 100% при δ = 0,95 и n = 3.

Проверьте входит ли табличное значение Rтаб. в доверительный интервал (Rср.+ ΔR>Rтаб.>Rср.-ΔR) измерения и сделайте заключение о достоверности полученного результата R.

Контрольные вопросы

Запишите уравнение состояния идеального газа.

Какой физический смысл молярной газовой постоянной?

Сформулируйте закон Авогадро.

Что такое количество вещества?

Предложьте другой способ определения R.

Литература

Савельев И.В. Курс общей физики. Т.1.,М.: Наука, 1989, с. 214.

Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высш. Школа, 1990, с. 75


Определение коэффициента внутреннего трения жидкости