Lab Procesul Izoterm

Universitatea de Stat din Tiraspol Facultatea: Catedra: Fizică experimentală

Lucrare de laborator Nr2 Tema: ”Studiul procesului izoterm”

Verificat: Postolache Igor dr.conf.univ

Efectuat: Nicolai Olesea masterandă Gr C2F2

Chișinău, 2022

Lucrare de laborator. Clasa 11-a. tema: ”Studiul procesului izoterm”

Anexa 2

Considerații teoretice O substanță este caracterizată, după cum știm, de variabilele de stare: presiune, volum, temperatură etc. La o anumită cantitate de substanță, aceste trei variabile se găsesc într-o interdependență bine determinată de ecuația termică de stare: f(p, V, T) = 0 (1) Din ecuația (1) se poate extrage oricare dintre variabilele de stare în funcție de celelalte două, de exemplu: p = f(V, T) (2) Starea gazoasă a substanței se caracterizează prin forțe slabe de interacţie moleculară (se spune că gazele sunt expansibile, deci nu au volum propriu). Pentru ușurarea studiului substanțelor în stare gazoasă s-au făcut unele considerații care conduc la un model relativ simplu de studiu. Este vorba de așa numitul gaz ideal, în care moleculele se consideră puncte materiale, iar forțele de interacţie dintre molecule sunt nule. Este evident că acest caz nu poate fi întâlnit în practică, însă considerațiile făcute pe acest sistem se pot extinde, cu anumite corecții și între anumite limite, la gazul real. Considerând ecuația termică de stare (1) și păstrând pe rând câte una din variabilele de stare constantă, vom putea găsi dependența ei de celelalte două variabile de stare. Reunind într-o singură ecuație cele trei legi obținute (cunoscute sub numele de legile gazelor perfecte), vom obține o dependență între toate variabilele de stare, cunoscută sub numele de legea generală a gazelor perfecte. PV = νRT (3)

Legea Boyle-Mariotte La temperatură constantă, volumul unei mase determinată de gaz, este invers proporțional cu presiunea sa. Matematic, legea se scrie astfel: V1 p = 2 (4) V2 p1 sau P1V1 = P2V2 = const. (5)

Fig. 1

Deci, la o temperatură constantă, pentru o masă dată de gaz, produsul dintre presiune și volum este constant. Reprezentarea grafică a legii BoyleMariotte, respectiv ecuațiile (4) sau (5) este un arc de hiperbolă echilaterală (fig. 1). Legea Boyle-Mariotte are valabilitate în domeniul presiunilor joase până la 100 atm. De asemenea, abaterile de la această lege sunt mici, dacă temperatura la care se lucrează este depărtată de temperatura de lichefiere a gazului considerat.

Descrierea instalației virtuale Aparatul folosit la studiul virtual a legilor gazelor ideale, fig. 4, se compune dintr-un vas de sticlă calibrat, al cărui volum poate varia prin deplasarea unui piston p u s î n m i ș c a r e d e m â n e r u l d i n s t â n g a 2. Dimensiunea unidimensională a

vasului, în nm (1nm=10 -9 m) se va afișa dacă selectăm (bifăm) comanda Width. La partea superioară, vasul este prevăzut cu un mâner pentru evacuarea gazului 3.

Fig. 4

Tot în partea superioară a vasului sunt conectate un termometru și un manometru. Gazul poate fi introdus în vas cu ajutorul unei pompe. Gazul din vas poate fi încălzit, dacă selectăm ”Heat” sau răcit dacă selectăm ”Cool”. Cu ajutorul acestei instalații virtuale pot fi verificate legile gazului ideal.

Modul de lucru 1.

2. 3. 4. 5.

Lansăm platforma educațională a universității din staul Colorado, USA selectând în fereastra unui motor de căutare adresa: https://phet.colorado.edu/sims/html/gases-intro/latest/gases-intro_en.html Selectă, modulul Intro; Pompăm gaz în vas și urmărim variația presiunii; Încălzim apoi răcim vasul deplasând butonul albastru spre Heat sau Cool și urmărim variația temperaturii; Variem dimensiunile vasului și urmărim variația parametrilor P și T.

Verificarea legii Boyle-Mariotte. Acest proces decurge la temperatură constantă (T=const). 1. Din partea de jos a ecranului selectăm modulul Laws (Legi); 2. Bifăm condiția pentru procesul izoterm (T=const).

3. Pompăm gaz în vas și urmărim mărirea presiunii până la valoarea de câteva atmosfere; 4. Se fac cel puțin 10 măsurători pentru diferite valori ale volumului și presiunii și se calculează produsul pV. 5. Datele se întroduc în tabel. 6. Se trasează graficul dependenței volumului de presiune, la temperatură constantă. Din datele din tabel și grafic se fac concluzii de rigoare. T=300K V, nm P, atm P*V

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

P, atm 40 35 30 25 20 15 10 5 0

4

6

8

10

12

14

16

A. Experimentul pentru temperature T=300K V, nm P,kPa PV

15 6182 92730

14 6611 92554

13 7150 92950

12 7714 92568

11 8457 93027

10 9233 92330

9 10318 92862

8 11653 93224

7 13179 92253

6 15438 92628

5 18530 92650