Описание экспериментальной установки и методика измерения

Установка ФПТ 1-6 для определения отношения C_р/C_V состоит из приборного блока 1, в котором находится стеклянная ёмкость (колба), блока манометра 2 и основания 3 (рис. 1). На лицевой панели приборного блока находятся органы управления и элементы световой индикации: в правой верхней части расположены тумблер «СЕТЬ» блока питания и сигнальная лампа (светодиод); в левой верхней части размещены тумблер «ВОЗДУХ» включения микрокомпрессора для подачи воздуха в колбу, светодиод и пневмоклапан «АТМОСФЕРА» для сброса давления в колбе.

Рис. 1

Принципиальная схема установки ФПТ 1-6 представлена на рис. 2.

Рис. 2 Рис. 3

Если с помощью микрокомпрессора 2 создать в колбе 1 повышенное давление p₁ (отсчитываемое по разности уровней воды в коленах манометра 4) и затем на короткое время открыть пневмоклапан 3, то часть воздуха вследствие расширения выйдет из колбы, давление оставшегося воздуха упадет до давления p₂, равного атмосферному p_а, а температура понизится от температуры Т₁ до температуры Т₂ . Так как описанный процесс происходит достаточно быстро, то на термодинамической диаграмме (рис. 3) этот процесс изображается в виде отрезка адиабаты 1→2 (точка 2 соответствует моменту закрытия пневмоклапана). После этого давление в колбе начнет увеличиваться (вследствие изохорного нагревания 2→3 воздуха, оставшегося в колбе). Когда температура воздуха Т₃ в сосуде сравняется с первоначальной температурой Т₁ (температурой окружающего воздуха), то давление воздуха в колбе станет равным p₃ . При адиабатическом расширении 1→2 воздуха согласно уравнению Пуассона: , (1)

где V₁ – первоначальный объем воздуха в колбе, который при расширении займет объем V_к колбы.

Так как температура T₁ равна температуре T₃ , то p₁V₁ = p₃V₃ . (2)

Поскольку V₂=V₃=V_к, и p₂ = p_а , то из уравнений (1) и (2) получаем:

.

Отсюда .

Тогда .

Так как в условиях опыта давления p₁ и p₃ мало отличаются от давления p_а, то с достаточной точностью можно записать

.

Второе колено манометра открыто, поэтому p₁ = p_М1 + p₂ , p₃ = p_М2 + p₂ , где p_М1 и p_М2 – показания манометра (в кПа) для установившихся состояний 1 и 3 соответственно.

Тогда . (3)