Дослідна перевірка закону Гей-Люссака
Обладнання, необхідні вимірювання, засоби вимірювань
На малюнку 202 показано обладнання, потрібне для вико-нання роботи: скляна трубка завдовжки 600 мм і діаметром 8-10 мм, запаяна з одного кінця; циліндрична посудина висотою 600 мм і діаметром 40-50 мм, наповнена гарячою водою (t 60 °С); склянка з водою кімнатної температури; пластилін.
Щоб перевірити закон Гей-Люссака, потрібно виміряти об'єм і температуру газу в двох станах при сталому тиску і перевірити справедливість рівності . Це можна зробити, використовуючи повітря при атмосферному тиску.
Скляну трубку відкритим кінцем догори вставляють на 3-5 хв. у циліндричну посудину з гарячою водою (мал. 202, а). У цьому випадку об'єм повітря V1 дорівнює об'єму скляної трубки, а температура — температурі гарячої води T1. Це — перший стан. Щоб під час переходу повітря в другий стан його кількість не змінилася, відкритий кінець скляної трубки, що знаходиться в гарячій воді замазують пластиліном. Після цього трубку виймають з посудини з гарячою водою і зама-заний кінець швидко опускають у склянку з водою кімнатної температури (мал. 202, б), а потім під водою знімають пласти-лін. В міру охолодження повітря в трубці вода в ній підні-матиметься. Після припинення піднімання води в трубці (мал. 202, в) об'єм повітря в ній дорівнюватиме V2<V1, а тиск . Щоб тиск повітря в трубці знову дорівнював атмосферному, потрібно збільшити глибину занурення трубки в склянку доти, поки рівні води в трубці і в склянці не будуть однаковими (мал. 202, г). Це буде другий стан повітря в трубці при температурі навколишнього повітря T2. Відношення об'ємів повітря в трубці в першому і другому станах можна замінити відношенням висот повітряних стовпів у трубці в цих станах, якщо переріз трубки однаковий по всій довжині . Тому в роботі слід зрівняти відношення i . Довжину повітряного стовпа вимірюють лінійкою, температуру — термометром.
Підготовка до виконання роботи
1. Підготовити бланк звіту з таблицею для записування результатів вимірювань і обчислень (інструментальні похибки визначають за допомогою таблиці 1).
Виміряно | Обчислено
мм |
мм | t1
0С | t2
0С | il
мм | 0l
мм | l
мм | T1
К | T2
К | iT
К | 0T
К | T
К | 1
% | 1 | 2 | 2
2. Підготовити склянку з водою кімнатної температури і посудину з гарячою водою.
Виконання експерименту, обробка результатів вимірювань
1. Виміряти довжину l1 скляної трубки і температуру води в циліндричній посудині.
2. Привести повітря в трубці у другий стан так, як про це розповідалося вище. Виміряти довжину l2 повітряного стовпа в трубці і температуру навколишнього повітря T2.
3. Обчислити відношення відносні та і абсолютні ( та ) і похибки вимірювань цих відношень за формулами
4. Порівняти відношення та (див. п. 3 і мал. 201 вступу до лабораторних робіт).
5. Зробити висновок про справедливість закону Гей-Люссака.
Контрольні запитання
1. Чому після занурення трубки у склянку з водою кім-натної температури і після зняття пластиліну вода в трубці піднімається?
2. Чому у випадку, коли рівні води у склянці і в трубці однакові, тиск повітря в трубці дорівнює атмосферному?
ВИМІРЮВАННЯ МОДУЛЯ ПРУЖНОСТІ (МОДУЛЯ ЮНГА) ГУМИ
Обладнання, необхідні вимірювання, засоби вимірювань
Установка для вимірювання модуля Юнга гуми показана на малюнку 203, а, де 1 — штатив з муфтою і лапкою, 2 — гумовий шнур (наприклад, від дитячої скакалки), 3 — ван-тажі.
Модуль Юнга обчислюють за формулою
яку вивели із закону Гука. Тут Е — модуль Юнга; F - сила пружності, що виникає в розтягнутому шнурі і яка дорівнює вазі прикріплених до шнура вантажів; S — площа поперечного перерізу деформованого шнура; l0 — відстань між позначками А і В на неразтягнутому шнурі (мал. 203, б); l — відстань між цими ж позначками на розтягнутому шнурі (мал. 203, в). Якщо поперечний переріз шнура має форму круга, то площа перерізу виражається через діаметр шнура:
Остаточно формула для визначення модуля Юнга має вигляд:
Вагу вантажів визначають динамометром, діаметр шнура - штангенциркулем, відстань між позначками А і В — лінійкою. Відносну й абсолютну похибки вимірювання модуля Юнга визначають за формулами
Похибкою = 3,14 можна знехтувати.
Підготовка до виконання роботи
1. Підготовити бланк звіту з таблицею для записування результатів вимірювання й обчислень (інструментальні похиб-ки визначають за допомогою таблиці 1).
Виміряно | Обчислено
l0
м | li
м | D
м | F
Н | il
м | 0l,
м | l,
м | iD
м | 0D
м | D
м | iF
H | 0F
H | F
H | EH | , % | E, Па
2. Скласти експериментальну установку.
3. Зробити олівцем позначки на гумовому шнурі.
Виконання експерименту, обробка результатів вимірювань
1. Виміряти відстань між позначками А та В на нерозтягнутому шнурі.
2. Визначити загальну вагу вантажів і підвісити їх до нижнього кінця шнура. Виміряти відстань між рисками на шнурі і діаметр шнура в розтягнутому стані.
3. Обчислити модуль Юнга гуми: відносну і абсолютну похибки вимірювання модуля Юнга.
4. Записати добутий результат: . Порівняти цей результат з табличним.
Контрольне запитання
Чому модуль Юнга виражається таким великим числом?
ВИМІРЮВАННЯ ЕРС І ВНУТРІШНЬОГО ОПОРУ. ДЖЕРЕЛА СТРУМУ
Обладнання, необхідні вимірювання, засоби вимірювань
Схема електричного кола, яку використовують у цій роботі, показана на малюнку 204. Як джерело струму в схемі вико-ристано акумулятор або батарейку для кишенькового ліхтаря.
Якщо ключ розімкнуто, ЕРС джерела струму чисельно дорівнює напрузі на зовнішньому колі. У цьому випадку джерело струму замкнуто на вольтметр, опір якого має бути в багато разів більший за
