Вимірювання атмосферного тиску
3
Лабораторна робота №
ВИМІРЮВАННЯ АТМОСФЕРНОГО ТИСКУ
Мета роботи:- використовуючи ізотермічний процес розширення чи стиснення повітря визначити атмосферний тиск.
Прилади і матеріали: дві скляні трубки, довжиною біля 50см кожна, з'єднані гумовою трубкою, гумовий корок з діаметром, рівним діаметру трубки, штативи, рулетка, вода, барометр.
Теоретичні відомості
Ізотермічним процесом називають процес в газі, при якому не змінюється температура. Якщо при цьому не змінюється також і маса газу, то процес описується законом Бойля - Маріотта:
Для даної маси газу при сталій температурі добуток тиску на об'єм є величина стала:
. (1)
В даній роботі ізотермічний процес здійснюється з повітрям, що міститься в скляній трубці між поверхнею води і гумовим корком (див. мал. 1). Скляні трубки, з'єднані гумовою, заповнюються водою і закріплюються на штативах так, як показано на рис. 1а. Трубка зліва закривається корком; вимірюється довжина стовпа повітря l1. Тиск цього повітря дорівнює атмосферному p1=pa. Потім штатив з правою трубкою опускається якомога нижче, і вимірюється довжина повітряного стовпа в лівій трубці l2 (див. рис. 1б). Розширення повітря можна вважати ізотермічним; тиск повітря в трубці зменшується на величину гідростатичного тиску p=?gh, тобто стає рівним: p2=pa-p=pa-?gh.
Об'єм повітря в трубці дорівнює добутку площі поперечного перерізу трубки S на довжину стовпа l: V1 = S·l1, V2 = S·l2.
Вирази для p1, p2, V1, V2 підставимо в (1):
pa·S?l1=(pa-?gh)·S?l2 (2)
Поділимо ліву і праву частину (2) на S, розкриємо дужки і розв'яжемо одержане рівняння відносно pa:
pal1=pal2-?ghl2; pa(l2-l1)=?ghl2;
(3)
Одержаний вираз (3) і є розрахунковою формулою в даній роботі.
Хід роботи
1. Переміщуючи трубки в штативах, встановіть їх так, як показано на рис.1а. Довжина повітряного стовпа l1 повинна бути рівна 30 40 см. Закрийте ліву трубку корком і виміряйте довжину l1.
2. Опустіть праву трубку приблизно на 1 м. (Для цього можна опустити штатив з трубкою на підлогу). Виміряйте l2 і h. Для підвищення точності вимірювань h трубки слід розташувати одну під другою, на одній вертикалі.
3. За формулою (3) розрахуйте атмосферний тиск. Густина води ? = 1000, прискорення вільного падіння g = 9,8. Порівняйте одержане значення pa з показами барометра pб. Зробіть висновок.
4. Результати вимірювань і обчислень зручно подати у вигляді таблиці 1:
Таблиця 1
|
№ п/п | l1, м | l2, м | h, м | pa, Па | рб, Па | |
| | | | | | |
| | | | | | |
|
5. Дослід повторіть з іншим значенням l1.
Додаткове завдання
Виконайте дослід, в якому повітря не розширюється, а стискається ізотермічно. Як при цьому зміниться формула (3)?
Контрольні запитання
1. Сформулюйте закони ідеальних газів: закон Бойля-Маріотта, закон Гей-Люссака, закон Шарля.
2. Накресліть графіки ізопроцесів в координатних осях (PV, PT, VT).
3. Чи можливий дослід Торрічеллі з використанням води замість ртуті?
4. Як можна підвищити точність вимірювання атмосферного тиску?
