Молекулярная физика и термодинамика

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4_1

АДИАБАТИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

 

Ознакомьтесь с теорией в конспекте и учебнике (Савельев, т.1, §82,97).

Выберите «Термодинамика и молекулярная физика», «Адиабатический процесс». Нажмите кнопку с изображением страницы во внутреннем окне. Прочитайте теорию и запишите необходимое в свой конспект лабораторной работы. Закройте окно теории, нажав кнопку с крестом в правом верхнем углу внутреннего окна.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

* Знакомство с компьютерной моделью, описывающей адиабатический процесс в идеальном газе.

* Экспериментальное подтверждение закономерностей адиабатического процесса.

* Экспериментальное определение показателя адиабаты, количества степеней свободы и структуры молекул газа в данной модели.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ:

СОСТОЯНИЕ системы имеет фиксированные значения макроскопических параметров, описывающих систему в целом. Параметры, характеризующие систему в целом, называются ПАРАМЕТРАМИ СОСТОЯНИЯ. Примерами являются температура, давление, объем и т.д.

РАВНОВЕСНЫМ называется такое состояние системы, при котором все параметры системы имеют определенные значения, остающееся неизменными сколь угодно долго при неизменных внешних условиях.

ОБРАТИМЫМ называется процесс, при реализации которого в обратном направлении система проходит через те же состояния, что и при прямом ходе, но в обратной последовательности. Равновесные процессы всегда обратимы.

КРУГОВЫМ процессом (ЦИКЛОМ) называется процесс, при котором система после ряда изменений возвращается в исходное состояние.

УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона)

.

ТЕПЛОЕМКОСТЬ тела численно равна отношению количества тепла d’Q, сообщенного телу, к изменению температуры тела dT, которое при этом произошло:

С_ТЕЛА = .

УДЕЛЬНОЙ теплоемкостью вещества называется отношение теплоемкости к массе тела.

Если тело нем меняет свой объем, то оно не совершает работы, поэтому при постоянном объеме тела переданное телу тепло dQ’ идет на изменение его внутренней энергии dU.

ТЕПЛОЕМКОСТЬ ПРИ ПОСТОЯННОМ ОБЪЕМЕ

С_V = .

ТЕПЛОЕМКОСТЬ ПРИ ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ идеального газа, молекулы которого имеют i степеней свободы

C_P = (1).

ОТНОШЕНИЕ является константой (в определенном диапазоне температур) для данного газа. Эта константа называется показателем адиабаты.

Формула (2) устанавливает связь отношения теплоемкостей g с числом степеней свободы молекулы газа i.

ЧИСЛО (количество) СТЕПЕНЕЙ СВОБОДЫ есть минимальное количество независимых координат, необходимых для однозначного описания положения молекулы в пространстве ИЛИ минимальное количество независимых движений, суперпозиция которых дает любое движение молекулы.

ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ всегда дает 3 степени свободы.

ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ дает 2 степени свободы для линейной молекулы и 3 степени свободы, если атомы в молекуле не расположены на одной линии.

КОЛЕБАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ дает 2n_КОЛ степеней свободы, где n_КОЛ – количество независимых колебаний атомов в молекуле (у двухатомной молекулы n_КОЛ = 1).

АДИАБАТИЧЕСКИМ называется процесс, происходящий без теплообмена с внешней средой (d’Q = 0). Уравнение адиабаты

PV^g = const (3).

Принято также выделять ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ, ИЗОБАРИЧЕСКИЙ и ИЗОХОРИЧЕСКИЙ процессы.

 

МЕТОДИКА и ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Внимательно рассмотрите картинку на рисунке, найдите рисунок элемента, в котором реализуется адиабатический процесс, обратите внимание на его теплоизоляцию. Найдите математическую формулировку условия теплоизоляции. Ознакомьтесь с графиками в правой части изображения.

 

Зарисуйте необходимое в свой конспект лабораторной работы.