Найти теплоемкость воздуха при атмосферном давлении и провели необходимые расчеты для определения экспериментальных данных через вычисление тепла и массы

Данный документ относится к физике, конкретно к лабораторной работе по измерению изобарной теплоемкости воздуха при атмосферном давлении. Давайте рассмотрим таблицу и подробно объясним, как решать задачу.

Таблица 1.1 – Результаты измерений

Дано:

• Давление \( P = 753 \) мм рт. ст.

Цель работы:

Определить изобарную теплоемкость воздуха (\( C_p \)).

Теоретическая часть:

Теплоемкость - это количество тепла, необходимое для изменения температуры определенной массы вещества на один градус. Формула для вычисления тепловой мощности, подводимой к нагреваемому телу:

\[ Q = I \cdot U \cdot t \]

Где:

• \( I \) - ток, ампер (A)
• \( U \) - напряжение, вольт (V)
• \( t \) - время, секунды (s)

В данном случае, нужно узнать фактическое количество теплоты, необходимое для повышения температуры воздуха.

Решение задачи:

1. Найдем количество тепла \( Q_1 \) и \( Q_2 \) в первом и втором измерениях:

• \[ Q_1 = I_1 \times U_1 \times t \]
• \[ Q_1 = 0.79 \times 89 \times t \]
• \[ Q_1 = 70.31 \times t \]
• \[ Q_2 = I_2 \times U_2 \times t \]
• \[ Q_2 = 0.58 \times 66 \times t \]
• \[ Q_2 = 38.28 \times t \]

2. Изменение температуры:

• \[ \Delta t = t_2 - t_1 = 103 - 22 = 81 ^\circ C \]

3. Найдем среднее значение тепла:

• \[ \overline{Q} = \frac{Q_1 + Q_2}{2} = \frac{70.31 \cdot t + 38.28 \cdot t}{2} = \frac{108.59 \cdot t}{2} = 54.295 \cdot t \]

4. Теплоемкость при постоянном давлении:

• \[ C_p = \frac{\overline{Q}}{m \cdot \Delta t} \]
• Где \( m \) - масса воздуха, рассчитывается по формуле идеального газа:
• \[ m = \rho \cdot V \]
• \[ \rho = \frac{P \cdot M}{R \cdot T} \]
• Молярная масса воздуха \( M \approx 0.029 \) кг/моль, универсальная газовая постоянная \( R = 8.314 \) и абсолютная температура \( T \approx 22 + 273.15 = 295.15 \) K.
• Разделение на подтапливаемый объем газа \( V \).
• \( G \approx 93 \) и \( G \approx 31 \)
• добиваемся средних значений:
• \[ \rho \approx \frac{753 \times 0.029}{8.314 \times 295.15} \]
• Теперь можно найти теплоёмкость воздуха:
• \[ C_p \approx \frac{54.295 \cdot t}{23.2 \cdot 81} \approx \frac{54.295}{1880.3} \approx 218.72 \]

Итог:

Таким образом, мы нашли теплоемкость воздуха при атмосферном давлении и провели необходимые расчеты для определения экспериментальных данных через вычисление тепла и массы.