Оцінка середньої швидкості теплового руху молекул газу

  • Posted on: 23 September 2020
  • By: SkazhenijAndrew

Оцінка середньої швидкості теплового руху молекул газу
Оцінка середньої швидкості теплового руху молекул газу

Мета роботи: оцінити середню швидкість теплового руху молекул газу.
Обладнання: Пластмасова пляшка, гумова пробка з отвором, насос, манометр, терези, лінійка, штатив, гумовий шланг.

Теоретичні відомості:
Одна з властивостей речовини у газоподібному стані - займати увесь наданий об'єм. Використовуючи властивість газу до необмеженого розширення, можна оцінити швидкість теплового руху молекул газу.
Використаємо установку, зображену на Рис. 1.
Обережно, за допомогою насосу будемо закачувати повітря в пляшку. При певному тискові пляшка злетить з гумової пробки і буде підніматися до тих пір, поки все надлишкове повsтря не вийде з неї. Дану масу повітря можна визначити, використавши рівняння Менделєєва-Клапейрона.
m = pVM/RT

де p - надлишковий тиск у пляшці, виміряний манометром, V - об'єм пляшки, M - молярна маса повітря, T - температура повітря.

Будемо вважати швидкість струменя повітря, що вилітає з пляшки, рівною середній швидкості теплового руху молекул повітря. Використаємо закон збереження імпульсу:
mv + m1u = 0

де m - маса повітря, що вийшло з пляшки, m1 - маса пляшки, v - швидкість молекул повітря, u - початкова швидкість пляшки.

Розв'язавши рівняння відносно v отримаємо:
v = m1u/m
Початкову швидкість пляшки оцінемо, використавши закон збереження енергії. Результат буде мати вигляд:
u = (2gh)1/2
Хід роботи:

1. Визначте масу пляшки.
2. Закріпіть пляшку, з'єднану з манометром і насосом, таким чином, щоб вона летіла вертикально вгору.
3. Накачайте повітря в пляшку і зафіксуйте максимальний тиск та висоту підйому. (Тиск не повинен перевищувати меж вимірювання манометра).
4. Виміряйте об'єм пляшки V, температуру в приміщенні T.
5. Обчисліть середню швидкість теплового руху молекул.
6. Повторіть вимірювання кілька разів або з пляшками різної маси.
7. Результати вимірювань занесіть у створену Вами таблицю.
8. Оцініть похибки вимірювань.
9. Порівняйте отримані значення середньої швидкості теплового руху молекул із теоретичними значеннями середньої квадратичної швидкості руху молекул повітря.
10. Зробіть висновки!
11. Проведіть додаткове дослідження.
12. Відпочивайте! :-)

Якщо Ви не маєте можливості виконати роботу самостійно, скористайтесь даними з відео нижче:

Завдання для додаткового дослідження:
1. Проведіть дослідження залежності швидкості витоку струменя повітря від початкового тиску в пляшці.