3. Опытная проверка закона Гей-Люссака Старайтесь найти вечный закон в чудесных превращениях случая, отыскать неподвижный полюс в бесконечной веренице явлений. Ф. Шиллер Цель…
3. Опытная проверка закона Гей-Люссака Старайтесь найти вечный закон в чудесных превращениях случая, отыскать неподвижный полюс в бесконечной веренице явлений. Ф. Шиллер Цель работы : проверить закон Гей-Люссака. Оборудование: стеклянная трубка, запаянная с одного конца, длиной 600 мм и диаметром 8-10 мм; цилиндрический сосуд высотой 600 мм и диаметром 40-50 мм, наполненный горячей водой (t = 60°C); стакан с водой комнатной температуры; пластилин. Указания к выполнению работы Для проверки закона Гей-Люссака следует измерить объём и температуру воздуха при постоянном давлении в двух состояниях и проверить справедли вость равенства V T2 Первое состояние воздуха в трубке. Стеклянная трубка открытым кон-цом вверх помещается на 3-5 мин в сосуд с горячей водой (рис. 3, а). В этом случае объём воздуха V₁ равен объёму стеклянной трубки, а температура температуре горячей воды Т1. Процесс перехода ко второму состоянию. Чтобы при переходе воздуха в следующее состояние его масса не изменилась, открытый конец стеклянной трубки, находящийся в горячей воде, замажьте пластилином. После этого труб-ку выньте из сосуда с горячей водой и замазанный конец быстро опускайте и стакан с водой комнатной температуры (рис. 3, 6), а затем под водой снимите пластилин. По мере охлаждения воздуха в трубке вода в ней будет поднимать-ся. После прекращения подъёма воды в трубке (рис. 3, в) объём воздуха в ней станет равным V' < V_{1} а давление p=p arat - rho * gh . Второе воздуха в Чтобы давление воздуха в трубке вновь стало равным атмосферному, необходимо увеличивать глубину погру жения трубки в стакан до тех пор, пока уровни воды в трубке и в стакане не сравняются (рис. 3, г). При этом воздух имеет объём V_{2} и температуру T_{2} окружающего воздуха. Поскольку сечение трубки постоянно по всей длине, то отношение объёмов воздуха в трубке в первом и втором состояниях можно заменить отношением высот воздушных столбов в трубке в этих состояниях V_{1}/V_{2} = (S*l_{1})/(S*l_{2}) = l_{1}/l_{2} Поэтому в работе следует сравнить отношения l_{1}/l_{2} и T_{1}/T_{2} Порядок выполнения работы 1. Измерьте длину l_{1} стеклянной трубки и температуру воды в цилиндри-ческом сосуде. 2. Приведите воздух в трубке во второе состояние так, как об этом расска-зано выше. Измерьте длину l_{2} воздушного столба в трубке и температуру окружающего воздуха. T_{2} 3. Вычислите отношения l_{1}/l_{2} T_{1}/T_{2} 4. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу. l_{1} MIMI l_{2} MM l_{1}/l_{2} t_{1} , C t_{23} °C T_{1}, K T_{2}, K T_{1}/T_{2} 5. Сравните отношения14 l_{1}/l_{2} T_{1}/T_{2} 6. Сделайте вывод о справедливости закона Гей-Люссака.
Задача предполагает практическую проверку закона Гей-Люссака, который описывает зависимость объема газа при постоянном давлении от его температуры. В данном случае мы проверим, действительно ли соблюдается соотношение \( \frac{V_1}{V_2} = \frac{T_1}{T_2} \), где:
- \( V_1 \) и \( V_2 \) – объемы газа в первом и втором состояниях соответственно,
- \( T_1 \) и \( T_2 \) – температуры газа в первом и втором состояниях соответственно.
Пошаговое решение:
Подготовка:
- Вам понадобится стеклянная трубка, цилиндрический сосуд с горячей водой, стакан с водой комнатной температуры и пластилин.
- Запишите начальные данные: длину трубки \( l_1 \) (в первом состоянии) и температуру горячей воды \( T_1 \).
Первое состояние:
- Погрузите стеклянную трубку в горячую воду, запишите температуру \( T_1 \) (которая равна 60°C, преобразуйте её в Кельвины: \( T_1 = 60 + 273 = 333 \, K \)).
- Измерьте длину столба воздуха в трубке (\( l_1 \)).
Переход ко второму состоянию:
- Закройте открытый конец трубки пластилином и быстро опустите трубку в стакан с водой, затем удалите пластилин под водой. Это позволит воде подняться в трубку по мере охлаждения воздуха.
- После того как уровень воды в трубке перестанет подниматься, измерьте длину столба воздуха (\( l_2 \)).
Второе состояние:
- Запишите температуру окружающего воздуха \( T_2 \) (измерьте её и преобразуйте в Кельвины).
Измерения и расчеты:
- Запишите результаты измерений в табличной форме:
Параметр Значение \( l_1 \) (мм) значение \( l_2 \) (мм) значение \( T_1 \) (K) 333 \( T_2 \) (K) значение \( \frac{l_1}{l_2} \) рассчитанное значение \( \frac{T_1}{T_2} \) рассчитанное значение Вычисления:
- Вычислите отношение \( \frac{l_1}{l_2} \) и \( \frac{T_1}{T_2} \).
- Проверьте, как близки эти два значения. Если они примерно равны, это подтверждает закон Гей-Люссака.
Вывод:
- На основании полученных значений сделайте вывод о справедливости закона Гей-Люссака: если \( \frac{l_1}{l_2} \approx \frac{T_1}{T_2} \), то закон справедлив для вашего эксперимента.
Заключение
Таким образом, проведя указанные эксперименты и измерения, вы сможете подтвердить или опровергнуть закон Гей-Люссака в данном случае. Если чтению и расчетам уделить достаточно внимания, результат будет достаточно точным.
