Вимірювання атмосферного тиску
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 l>1>.
Тиск цього повітря дорівнює атмосферному
p>1>=p>a>.
Потім штатив з правою трубкою опускається
якомога нижче, і вимірюється довжина
повітряного стовпа в лівій трубці l>2>
(див. рис. 1б).
Розширення повітря можна вважати
ізотермічним; тиск повітря в трубці
зменшується на величину гідростатичного
тиску p=ρgh,
тобто стає рівним: p>2>=p>a>-p=p>a>-ρgh.
Об’єм повітря в трубці дорівнює добутку площі поперечного перерізу трубки S на довжину стовпа l: V>1> = S·l>1>, V>2> = S·l>2>.
Вирази для p>1>, p>2>, V>1>, V>2> підставимо в (1):
p>a>·S·l>1>=(p>a>-ρgh)·S·l>2> (2)
Поділимо ліву і праву частину (2) на S, розкриємо дужки і розв’яжемо одержане рівняння відносно p>a>:
p>a>l>1>=p>a>l>2>-ρghl>2>; p>a>(l>2>-l>1>)=ρghl>2>;
(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 l>1> повинна бути рівна 30 40 см. Закрийте ліву трубку корком і виміряйте довжину l>1>.
2. Опустіть праву трубку приблизно на 1 м. (Для цього можна опустити штатив з трубкою на підлогу). Виміряйте l>2> 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 ρ = 1000
,
прискорення вільного падіння g = 9,8
.
Порівняйте одержане
значення p>a>
з показами барометра p>б>.
Зробіть висновок.
4. Результати вимірювань і обчислень зручно подати у вигляді таблиці 1:
Таблиця 1
|
№ п/п |
l>1>, м |
l>2>, м |
h, м |
p>a>, Па |
р>б>, Па |
5. Дослід повторіть з іншим значенням l>1>>.>
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?