CATEDRA DE FIZICA
LABORATORUL DE TERMODINAMICA SI FIZICA STATISTICA
DETERMINAREA COEFICIENTULUI ADIABATIC
AL AERULUI UTILIZIND METODA
CLEMENT-DESORMES
DETERMINAREA COEFICIENTULUI ADIABATIC
AL AERULUI UTILIZIND METODA CLEMENT-DESORMES
1.Scopul lucrarii
Lucrarea are drept scop determinarea coeficientului adiabatic al aerului, presupus gaz ideal si supus unor transormari termodinamice simple.
2.Teoria lucrarii
Capacitatea calorica molara a unei substante reprezinta cantitatea de caldura schimbata cu exteriorul de un mol din acea substanta pentru a-si varia temperatura cu un grad
(1)
Daca schimbul de caldura `ntre substanta si mediul exterior are loc la presiunea constanta sau la volum constant, capacitatile calorice molare corespunzatoare vor fi , respectiv , iar raportul
(2)
se numeste coeficient adiabatic.
Diferenta `ntre cele doua capacitati calorice molare depinde de substanta considerata,iar pentru gazele ideale:
(3)
(relatia lui Robert-Mayer)
Tot `n cazul gazelor ideale,cele doua capacitati calorice molare depind de numarul i de grade de libertate a particulelor din care e compus gazul:
(4)
unde R este constanta universala a gazelor ideale (R = 8,310 J/mol K)
In acest caz
(5)
Pentru gazele ideale monoatomice i=3,pentru cele cu molecule liniare i = 5, etc.
In cazul gazelor reale, expresia coeficientului g e mai complicata si e legata de ecuatia termica de stare a gazului respectiv.
Determinarea coeficientului adiabatic este foarte importanta deoarece intervine `n probleme legate de propagarea sunetului `n gaze, de curgerea gazelor la viteze supersonice, etc.
Pentru gazele ideale,acest coeficient intervine `n descrierea proceselor adiabatice, conform ecuatiei lui Poisson:
(6)
3.Metoda lucrarii
Exista mai multe metode de determinare a raportului g: metoda calorimetrica de determinare
a capacitatilor calorice, metoda acustica-bazata pe dependenta de vitezei sunetului `n gaze,etc.
Pentru gazele ideale,vom descrie metoda propusa de Clement si Desormes.
Sa presupunem ca avem un recipient cu aer -presupus gaz ideal- la o presiune =(H-h)rg unde rgH e presiunea atmosferica masurata cu un manometru cu lichid de densitate r, iar rgh e diferenta dintre presiunea atmosferica si cea din recipient, masurata cu acelasi manometru.
Gazul ocupa volumul al recipientului si are temperatura a mediului ambiant.
Daca acest gaz sufera o comprimare adiabatica, `n urma careia volumul se micsoreaza, presiunea creste la , iar temperatura creste si ea la ,ecuatia Poisson care descrie procesul se va scrie:
(7)
Inlocuind valorile presiunilor , ec.(7) devine:
(8)
Daca h <
(9)
de unde
H (10)
Daca `n continuare gazul sufera o racire izocora, de la la temperatura a camerei, presiunea lui va scadea la , mai mica cu rgh decat presiunea atmosferica , astfel `ncat
(11)
sau
(12)
de unde
(13)
care `nlocuita `n (10) duce la
(14)
Deci, daca experimental se pot masura valorile h si h, se va putea calcula coeficientul adiabatic .
4. Dispozitivul experimental (fig.1) consta dintr-un balon de sticla B cu capacitatea de aprox. 20 l , prevazut la partea superioara cu un robinet R cu deschidere mare,prin care comunica cu atmosfera si cu tubul lateral T care face legatura pe deoparte cu un manometru cu lichid M si pe de alta parte cu pompa aspiratoare P prin intermediul robinetului r si a tubului de cauciuc C.
Fig.1
5. Modul de lucru
Cu robinetele R si r deschise, se verifica daca presiunea aerului din balon e aceeasi cu cea atmosferica (acelasi nivel al lichidului `n ambele brate ale manometrului)
Se `nchide robinetul R si cu robinetul r deschis,se aspira aer din balon cu pompa P,apoi se `nchide si robinetul r.
In acest mod s-a realizat `n balon o anumita depresiune,masurata prin denivelarea h(mm) a lichidului `n ramurile manometrului-care se citeste si se noteaza. Starea aerului din balon `n acest moment s volumul t este starea initiala de echilibru.
Se deschide cu atentie robinetul R, pentru un timp foarte scurt; `n acest mod, aerul atmosferic patrunde peste aerul din balon comprimandu-l.
Rotirea robinetului R nu trebuie sa se faca brusc; el va fi rotit cu viteza potrivita, ascultand suieratul provocat de intrarea aerului `n balon.
Robinetul R trebuie `nchis exact `n clipa cand se opreste suieratul, adica atunci cand s-a terminat patrunderea aerului `n balon, deci cand presiunea aerului din balon devine egala cu presiunea atmosferica (nivelele lichidului `n bratele manometrului vor fi egale).
Comprimarea brusca a aerului din balon are caracter adiabatic, deoarece pe durata scurta a acestui proces aerul din balon nu are timp sa schimbe caldurA cu peretii balonului.
Variatiile parametrilor de stare `n timpul acestui proces adiabatic sunt foarte mici. Starea de echilibru a gazului `n acest moment e descrisa de valorile:
ale parametrilor de stare *
In continuare, aerul din balon `ncepe sa se raceasca pana ce se atinge din nou temperatura camerei; racirea se produce la volum aproximativ constant si e `nsotita de scaderea presiunii. Procesul de racire izocora `nceteaza atunci cand presiunea indicata de manometru se stabilizeaza, de aceasta data `ntre nivelele lichidului din ramurile manometrului exist`nd denivelarea h (care se citeste si se noteaza).
Starea finala de echilibru a aerului din balon va fi caracterizata de presiunea si temperatura a camerei.
Experienta se repeta de zece ori, schimb`nd de fiecare data depresiunea h.
6. Indicatii pentru prelucrarea datelor experimentale
Cu valorile h si hmasurate de fiecare data , se calculeaza dupa relatia (14).
Rezultatele se trec `ntr-un tabel de forma:
Nr.crt.
h (mm)
h(mm)
h-h(mm)
Referatul va cuprinde: descrierea metodei experimentale utilizate, tabelul de rezultate, valoarea medie a lui , eroarea cu care s-a determinat (dispersia asupra mediei) si sursele de erori.
Facultativ : exprimati presiunea atmosferica `n mm coloana de apa (H) si comparati valorile h si H.
Calculati raportul , unde este masa de gaze existenta `n balon `n starea initiala si masa de gaz existenta `n balon la sfarsitul experientei.
Apreciati daca se justifica ipoteza masei de gaz constanta `n timpul succesiunii proceselor descrise.
Apreciati avantajele folosirii manometrului cu apa fata de unul cu mercur.
Faceti aprecieri asupra cvasistationaritatii proceselor suferite de gazul din balon
