Xác định tỷ số nhiệt dung phân tử chất khí | Bài thí nghiệm số 3 môn thí nghiệm vật lý 1 Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh

1.  1. Định nghĩa và viết biểu thức của nhiệt dung riêng và nhiệt dung phân tử. Nhiệt dung của chất khí có phụ thuộc điều kiện của quá trình nung nóng không? Phân biệt nhiệt dung phân tử đẳng tích Cv và đẳng áp Cp. Tìm biểu thức liên hệ giữa chúng để, Tài liệu giúp bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao. Mời bạn đọc đón xem!

70 35 lượt tải Tải xuống
Chia sẻ Báo cáo tài liệu

Môn: Thí nghiệm vật lý 1 (PHYS111202)

Trường: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

Thông tin:

5 trang 2 tháng trước

Tác giả:

Profile Lê Kim Dung
Ngày 5 tháng 3 năm 2024
Phòng thí nghiệm: A5-402A
Bài thí nghiệm số 3:
XÁC ĐỊNH TỶ SỐ NHIỆT DUNG PHÂN TỬ CHẤT KHÍ
Họ và tên SV
Nhóm: 7
Nhận xét của GV
1. Hoàng Duy Nghĩa-23146312 Thứ: Ba
2. Nguyễn Nhật Nam- Tiết: 2-3
3. Dương Tuấn Phát-23146323
4. Nguyễn Cao Thanh Nhân-23146317
A – CÂU HỎI CHUẨN BỊ
1.
Định nghĩa
và
viế
t bi
ểu
th
ứ
c
của
nhi
ệt
dung riêng và nhi
ệt
dung phân t
ử
. Nhi
ệt
dung
của
chấ
t khí có phụ
thuộc điều kiện của quá trình nung nóng không?
Phân biệt nhiệt dung phân tử đẳng tích C và đẳng áp
v
C
p
. Tìm biểu thức liên hệ giữa chúng để chứng
tỏ C > C .
p v
-
Nhiệt dung riêng của một chất là một đại lượng vật lý có giá trị bằng nhiệt lượng cần truyền cho một đơn
vị khối lượng chất đó để làm tăng nhiệt độ lên 1K:
c =
Q
m. ∆ T
(J/Kg.K) Trong đó Q: Nhiệt lượng (J)
M: Khối lượng (kg)
∆ T
: Độ chênh lệch nhiệt độ (K)
- Nhiệt dung phân tử của một chất khí là lượng nhiệt cần thêm vào một mol chất khí để tăng nhiệt độ khối
khí lên 1K:
C = µ.c =
δQ
dT
(J/mol.K) Trong đó µ (Kg/mol)
-
Nhiệt dung của chất khí có phụ thuộc vào điều kiện quá trình nung nóng.
- C
V
là nhiệt dung riêng ở thể tích không đổi, và C là nhiệt dung riêng ở áp suất không đổi.
P
- Mối quan hệ giữa C và C :
V P
Mối quan hệ sau đây có thể được đưa ra xem xét hành vi khí lý tưởng của một
chất:
C
P
– C = R (1)
V
Trong đó R là hằng số khí phổ.
Từ (1): + C = R + C
P V
+ CV = CP – R
Kết luận: CP > CV
2.
Hình ảnh bố trí dụng cụ thí nghiệm (có thể dùng hình vẽ tay hoặc in hình ra rồi cắt dán vào bê n
dưới, sau đó chú thích tên các chi tiết chính) .
(Nguồn: https://ipt.hcmute.edu.vn/thi-nghiem/phong-thi-nghiem-vat-ly-ao/xac-dinh-ti-so-nhiet-dung-phan-
tu-chat-khi/).
1: Áp kế chữ U
2: Bình khí
3: Van
4: Quả lê bơm khí
5: Nhiệt kế (Nhiệt độ phòng)
3.
Hãy trình bày sơ lược các bước để lấy số liệu?
Lấy mức chênh lệch nực nước H=
|
y 1 – y 2
|
(y ,y
1 2
là mực nước 2 đầu áp kế chữ U).
Để thu được mức chênh lệch cần tiến hành các bước: h
- Đóng van thông khí quyển, mở van quả lê. Dùng tay bóp quả lê để nén khí sau cho mực áp kế vượt quá H
một đoạn, rồi khoá van bơm lại.
- Khi bơm khí, khí trong bình nóng lên nên cần chờ vài phút để nhiệt đo khí trong bình cân bằng với nhiệt
độ khí quyển, lúc này mức chênh lệch mực nước sẽ hạ xuống. Nếu mức chênh lệch không nằm ở vị trí ta H
cần bơm thêm hoặc xả bớt khí dể đạt mức H.
- Mở và nhanh chóng đóng lại van thông với khí quyển để cho áp suất trong bình cân bằng với áp suất khí
quyển.
- Quá trình giãn nở đoạn nhiệt làm nhiệt độ trong bình giảm đi, cần chờ vài phút để nhiệt độ trong bình cân
bằng với nhiệt đọ môi trường.Khi đó mức chênh lệch áp kế tăng đến một mức ổn định, mức ổn định này gọi
là tương ứng với y và y . Ghi lại y và y vào bảng.h
3 4 3 4
- Lập lại quy trình trên 5 lần.
4. Đại lượng cần xác định trong bài là gì Hãy viết công thức và các đại lượng có liên quan.?
- Đại lượng cần xác định trong bài là: Tỷ số nhiệt dung phân tử của không khí theo phương pháp dãn γ
đoạn nhiệt:
γ =
C
P
C
V
Trong đó γ: tỉ số nhiệt dung phân tử
CP: Nhiệt dung phân tử đẳng áp
CV: nhiệt dung phân tử đẳng tích
5.
a,
Tính giá trị lý thuyết của tỷ số nhiệt dung phân tửkhông khí khô (coi nhưchỉ gồm các phân tử
ôxy O2 và nitơ N2) theo số bậc tự do i của các phân tử khí.
- Vì O2 và N2 đều là khí lưỡng nguyên tử nên i = 5:
C
V
=
i
2
R =
5
2
R
C
P
= C + R =
V
5
2
R + R =
7
2
R
→ γ =
=
7
5
= 1.4
b, Nếu không khí trong bình có độ ẩm cao chứa nhiều hơi nước thì giá trị lý thuyết của tỷ số nhiệt
dung phân tử của không khí sẽ thay đổi như thế nào (tăng hay giảm so với không khí khô) ? Giải
thích tại sao ?
γ =
C
P
C
V
=
i+2
i
= 1 +
2
i
- Từ công thức trên, ta nhận thấy giá trị lý thuyết của tỷ số nhiệt dung phân tử của không khí ẩm sẽ giảm
so với không khí khô lý do là không khí ẩm có chứa H2O mà iH2O = 6 nên i của hệ không khí ẩm sẽ lớn
hơn i của hệ không khí khô γ giảm.→
B. XỬ LÝ SỐ LIỆU - TRÌNH BÀY KẾT QUẢ
1. Mục đích bài thí nghiệm:
Xác định tỉ số nhiệt dung phân tử C của chất khí bằng phương pháp Clement-Desormord.
p
/C
V
2. Bảng số liệu
-
Độ chính xác của thước mm: 1 mm
-
Độ chênh lệch áp suất ban đầu: H = y – y = 230 mm
1 2
Lần đo y
3
(mm)
∆
y3
(mm)
y
4
(mm)
∆
y (mm)
4
1
33 1.8 -29 2.2
2
33 1.8 -30 1.2
3
36 1.2 -32 0.8
4
37 2.2 -34 2.8
5
35 0.2 -31 0.2
Trung bình
34.8 -31.2
3. Tính giá trị trung bình
h
=
y 3
–
y 4
2
và các sai số: Δy
1
, Δy , Δ
y 3
, Δ
y 4
, ΔH, Δ
h
.
h
=
y 3
–
y 4
= 34.8 – (-31.2) = 66 mm
+
∆ y
1
=∆ y ∆
2
=
yhT=1,8.
√
¿¿
=1,8.
√
¿¿
=0,848(mm
H
2
O
)
+
y
3
nn =
1,8 1,8 1,2 0,2 2,2
2
+
2
+
2
+
2
+
2
5
=1,6(mm
H
2
O
)
+ Δ
y 3
=
√
∆ yhT
2
+ ynn
2
=
√
0,848 1,6
2
+
2
+
y
4
nn =
√
2,8 0,8 1,2 0,2 2,2
2
+
2
+
2
+
2
+
2
5
= 1,72(mm
H
2
O
)
+ Δ
y 4
=
√
∆ yhT
2
+ y
4
nn
2
=
√
0,848 1,72
2
+
2
= 1,972(mm
H
2
O
)
+ H=
y
1
-
y
2
= 230mm
→
∆ H =
|
dH
d y
1
|
.
∆ y
1
+
|
dH
d y
2
|
.
∆ y
2
=
∆ y
1
+∆ y
2
=2. ∆ yhT
= 2 . 0,848 = 1,696(mm
H
2
O
)
+ H=
y
3
-
y
4
→
∆ h=
|
dh
d y
3
|
.
∆ y
3
+
|
dh
d y
4
|
.
∆ y
4
=
y
3
+
y
4
= 1.81+1.917= 3,727(mm
H
2
O
)
4.
Tính giá trị trung bình của tỷ số nhiệt dung phân tử và số bậc tự do i
γ
y=
H
H−h
=
230
230
−66
≈ 1,402
y=
i+2
i
→
i ≈ 4,975
5.
Tính các sai số của , i.
γ
y=
H
H−h
ln y = ln H
–
ln (H-h)
dy
y
=
dH
H
−
d
(
H−h
)
H−h
=>
∆ y
y
=ε . y
=
∆ H
H
−∆ H
H
−h
+
∆ h
H −h
=
|
1
H
−
1
H −h
|
. ∆ H+
|
1
H −h
|
.
∆ h=
|
1
230
−
1
230 66−
|
.1,696+
|
1
230 66−
|
.
3,727 0,025=
∆ y =εy . y=0,025.1,402 0,035=
i =
2
y−1
ln i = ln 2 – ln (y-1)
∆ i
i
=
y
y
−1
=
0,035
1,402
−1
=0,087
∆ i=i . εi=0,087 .4,975 0,432=
6.
Viết kết quả đo , i.
γ
y=1,402
± 0,035
i= 4,975
± 0,432
7.
Nhận xét kết quả đo , i.
γ
Phương pháp cho biết kết quả đo tương đối phù hợp với sai số là nhỏ
| 1/5
| | Tải xuống

Có thể bạn quan tâm:

Preview text:

Ngày 5 tháng 3 năm 2024 Phòng thí nghiệm: A5-402A Bài thí nghiệm số 3:
XÁC ĐỊNH TỶ SỐ NHIỆT DUNG PHÂN TỬ CHẤT KHÍ Họ và tên SV Nhóm: 7 Nhận xét của GV 1. Hoàng Duy Nghĩa-23146312 Thứ: Ba 2. Nguyễn Nhật Nam- Tiết: 2-3
3. Dương Tuấn Phát-23146323
4. Nguyễn Cao Thanh Nhân-23146317
A – CÂU HỎI CHUẨN BỊ
1. Định nghĩa và viết biểu thức của nhiệt dung riêng và nhiệt dung phân tử. Nhiệt dung của chất khí có phụ
thuộc điều kiện của quá trình nung nóng không? Phân biệt nhiệt dung phân tử đẳng tích Cv và đẳng áp
Cp. Tìm biểu thức liên hệ giữa chúng để chứng tỏ Cp> C . v
- Nhiệt dung riêng của một chất là một đại lượng vật lý có giá trị bằng nhiệt lượng cần truyền cho một đơn
vị khối lượng chất đó để làm tăng nhiệt độ lên 1K:
c = Q (J/Kg.K) Trong đó Q: Nhiệt lượng (J) m. ∆ T M: Khối lượng (kg)
∆ T : Độ chênh lệch nhiệt độ (K)
- Nhiệt dung phân tử của một chất khí là lượng nhiệt cần thêm vào một mol chất khí để tăng nhiệt độ khối khí lên 1K:
C = µ.c = δQ (J/mol.K) Trong đó µ (Kg/mol) dT
- Nhiệt dung của chất khí có phụ thuộc vào điều kiện quá trình nung nóng.
- CV là nhiệt dung riêng ở thể tích không đổi, và CP là nhiệt dung riêng ở áp suất không đổi.
- Mối quan hệ giữa CV và CP: Mối quan hệ sau đây có thể được đưa ra xem xét hành vi khí lý tưởng của một chất:
CP – CV = R (1)
Trong đó R là hằng số khí phổ. Từ (1): + CP = R + CV + CV = CP – R
Kết luận: CP > CV 2.
Hình ảnh bố trí dụng cụ thí nghiệm (có thể dùng hình vẽ tay hoặc in hình ra rồi cắt dán vào bê n dưới, sau đó chú thích tên các chi tiết chính) .
(Nguồn: https://ipt.hcmute.edu.vn/thi-nghiem/phong-thi-nghiem-vat-ly-ao/xac-dinh-ti-so-nhiet-dung-phan- tu-chat-khi/). 1: Áp kế chữ U 2: Bình khí 3: Van 4: Quả lê bơm khí
5: Nhiệt kế (Nhiệt độ phòng)
3. Hãy trình bày sơ lược các bước để lấy số liệu?
Lấy mức chênh lệch nực nước H= |y 1 – y 2| (y ,y 1
2 là mực nước 2 đầu áp kế chữ U).
Để thu được mức chênh lệch cần tiến hành các bước: h
- Đóng van thông khí quyển, mở van quả lê. Dùng tay bóp quả lê để nén khí sau cho mực áp kế vượt quá H
một đoạn, rồi khoá van bơm lại.
- Khi bơm khí, khí trong bình nóng lên nên cần chờ vài phút để nhiệt đo khí trong bình cân bằng với nhiệt
độ khí quyển, lúc này mức chênh lệch mực nước sẽ hạ xuống. Nếu mức chênh lệch không nằm ở vị trí H ta
cần bơm thêm hoặc xả bớt khí dể đạt mức H.
- Mở và nhanh chóng đóng lại van thông với khí quyển để cho áp suất trong bình cân bằng với áp suất khí quyển.
- Quá trình giãn nở đoạn nhiệt làm nhiệt độ trong bình giảm đi, cần chờ vài phút để nhiệt độ trong bình cân
bằng với nhiệt đọ môi trường.Khi đó mức chênh lệch áp kế tăng đến một mức ổn định, mức ổn định này gọi là tương ứng với y h và y 3 . Ghi lại y 4 và y 3 vào bảng. 4
- Lập lại quy trình trên 5 lần.
4. Đại lượng cần xác định trong bài là gì? Hãy viết công thức và các đại lượng có liên quan.
- Đại lượng cần xác định trong bài là: Tỷ số nhiệt dung phân tử γ của không khí theo phương pháp dãn đoạn nhiệt: C
γ = P Trong đó γ: tỉ số nhiệt dung phân tử CV
CP: Nhiệt dung phân tử đẳng áp
CV: nhiệt dung phân tử đẳng tích 5.
a, Tính giá trị lý thuyết của tỷ số nhiệt dung phân tửkhông khí khô (coi nhưchỉ gồm các phân tử
ôxy O2 và nitơ N2) theo số bậc tự do i của các phân tử khí.
- Vì O2 và N2 đều là khí lưỡng nguyên tử nên i = 5: i 5 CV = R = R 2 2 5 7 CP = CV + R = R + R = R 2 2 C → 7 γ = P = = 1.4 C 5 V
b, Nếu không khí trong bình có độ ẩm cao chứa nhiều hơi nước thì giá trị lý thuyết của tỷ số nhiệt
dung phân tử của không khí sẽ thay đổi như thế nào (tăng hay giảm so với không khí khô) ? Giải thích tại sao ? C i+2 γ = P = = 1 + 2 C i i V
- Từ công thức trên, ta nhận thấy giá trị lý thuyết của tỷ số nhiệt dung phân tử của không khí ẩm sẽ giảm
so với không khí khô lý do là không khí ẩm có chứa H2O mà iH2O = 6 nên i của hệ không khí ẩm sẽ lớn
hơn i của hệ không khí khô → γ giảm.
B. XỬ LÝ SỐ LIỆU - TRÌNH BÀY KẾT QUẢ
1. Mục đích bài thí nghiệm:
Xác định tỉ số nhiệt dung phân tử Cp/CV của chất khí bằng phương pháp Clement-Desormord. 2. Bảng số liệu
- Độ chính xác của thước mm: 1 mm
- Độ chênh lệch áp suất ban đầu: H = y1 – y2 = 230 mm Lần đo y3 (mm) ∆y3 (mm) y4 (mm) ∆y4 (mm) 1 33 1.8 -29 2.2 2 33 1.8 -30 1.2 3 36 1.2 -32 0.8 4 37 2.2 -34 2.8 5 35 0.2 -31 0.2 Trung bình 34.8 -31.2
3. Tính giá trị trung bình h= y 3– y 4 và các sai số: Δy1, Δy2 , Δ y 3 , Δ y 4 , ΔH, Δ h .
h= y 3 –y 4 = 34.8 – (-31.2) = 66 mm
+∆ y =∆ y =∆yhT=1,8.√ O ) 1 2
¿¿=1,8.√ ¿¿=0,848(mmH2 2 + + 2+ 2+ 2 + 2
y nn = 1,8 1,8 1,2 0,2 2,2 =1,6(mmH O) 3 2 5
+ Δ y 3 = √∆ yhT2+ ynn2=√0,8482+1,62 2 + y nn = + 2+ 2+ 2+ 2 = 1,72(mmH O) 4 √2,8 0,8 1,2 0,2 2,2 2 5
+ Δ y 4 = √∆ yhT2+ y nn2 = √0,8482+1,722 = 1,972(mmH O ) 4 2
+ H= y -y = 230mm 1 2
→ ∆ H =|dH|.∆ y +|dH |.∆ y =∆ y +∆y =2.∆ yhT= 2 . 0,848 = 1,696(mmH O) d y 1 d y 2 1 2 2 1 2 + H= y -y 3 4
→ ∆ h=| dh |.∆ y +| dh |.∆ y =y +y = 1.81+1.917= 3,727(mmH O) d y 3 d y 4 3 4 2 3 4
4. Tính giá trị trung bình của tỷ số nhiệt dung phân tử γ và số bậc tự do i
y= H = 230 ≈ 1,402 H −h 230−66
y= i+2 → i ≈ 4,975 i
5. Tính các sai số của γ , i. y= H H−h
ln y = ln H – ln (H-h)  dy
d ( H− h) = dH −
=> ∆ y=ε . y y H H −h y
= ∆ H −∆ H + ∆ h = |1 − 1 |.∆ H+| 1 |.∆ h=| 1 − 1 |.1,696+| 1 |.3,727=0,025 H H −h H −h H H −h H −h 230 230−66 230−66
∆ y=εy . y=0,025.1,402=0,035 i = 2 y−1  ln i = ln 2 – ln (y-1)
∆ i= y = 0,035 =0,087 i y −1 1,402−1
∆ i=i .εi=0,087 .4,975=0,432
6. Viết kết quả đo γ , i. y=1,402± 0,035 i= 4,975 ± 0,432
7. Nhận xét kết quả đo γ , i.
Phương pháp cho biết kết quả đo tương đối phù hợp với sai số là nhỏ