Лабораторна робота № ВИМІРЮВАННЯ АТМОСФЕРНОГО ТИСКУ Мета роботи:– використовуючи ізотермічний
процес розширення чи стиснення повітря визначити
атмосферний тиск.
Прилади і матеріали: дві скляні трубки, довжиною біля 50см кожна, з’єднані гумовою трубкою, гумовий корок з діаметром, рівним діаметру трубки, штативи, рулетка,
вода, барометр.
Теоретичні відомості Ізотермічним
процесом називають процес в газі, при якому не змінюється температура. Якщо при цьому не змінюється також і
маса газу, то процес описується законом Бойля – Маріотта:
Для даної маси газу при сталій температурі добуток тиску на об’єм є величина стала:
. (1)
В даній роботі ізотермічний процес здійснюється з повітрям, що міститься в скляній трубці між
поверхнею води і гумовим корком (див. мал. 1). Скляні трубки, з’єднані гумовою, заповнюються водою і закріплюються на штативах так, як показано на рис. 1а. Трубка зліва закривається корком; вимірюється довжина стовпа повітря l
1. Тиск цього повітря дорівнює
атмосферному p
1=p
a. Потім штатив з правою трубкою опускається якомога нижче, і вимірюється довжина повітряного стовпа в лівій трубці l
2 (див. рис. 1б). Розширення повітря можна вважати ізотермічним; тиск повітря в трубці зменшується на величину гідростатичного тиску p=ρgh, тобто стає рівним: p
2=p
a-p=p
a-ρgh.
Об’єм повітря в трубці дорівнює добутку площі поперечного перерізу трубки S на довжину стовпа l: V
1 = S·l
1, V
2 = S·l
2.
Вирази для p
1, p
2, V
1, V
2 підставимо в (1):
p
a·S·l
1=(p
a-ρgh)·S·l
2 (2)
Поділимо ліву і праву частину (2) на S, розкриємо дужки і розв’яжемо одержане рівняння відносно p
a:
p
al
1=p
al
2-ρghl
2; p
a(l
2-l
1)=ρghl
2;
(3)
Одержаний вираз (3) і є
розрахунковою формулою в даній роботі.
Хід роботи 1. Переміщуючи трубки в штативах,
встановіть їх так, як показано на рис.1а. Довжина повітряного стовпа l
1 повинна бути рівна 30 ¸ 40 см. Закрийте ліву трубку корком і виміряйте довжину l
1.
2. Опустіть праву трубку приблизно на
1 м. (Для цього можна опустити штатив з трубкою на підлогу). Виміряйте l
2 і h. Для підвищення точності вимірювань h трубки слід розташувати одну під другою, на одній вертикалі.
3. За формулою (3) розрахуйте атмосферний тиск. Густина води ρ = 1000
, прискорення вільного падіння g = 9,8
.
Порівняйте одержане значення p
a з показами барометра p
б. Зробіть висновок.
4. Результати вимірювань і обчислень зручно подати у вигляді
таблиці 1:
Таблиця 1
№ п/п | l1, м | l2, м | h, м | pa, Па | рб, Па |
| | | | | |
| | | | | |
5. Дослід повторіть з іншим значенням l
1. Додаткове завдання Виконайте дослід, в якому повітря не розширюється, а стискається ізотермічно. Як при цьому зміниться формула (3)?
Контрольні запитання 1. Сформулюйте закони
ідеальних газів: закон Бойля-Маріотта, закон Гей-Люссака, закон Шарля.
2. Накресліть графіки ізопроцесів в координатних осях (PV, PT, VT).
3. Чи можливий дослід
Торрічеллі з використанням води замість ртуті?
4. Як можна підвищити точність вимірювання
атмосферного тиску?