Учебный прибор по физике Советский патент 1989 года по МПК G09B23/12 

4

а со

СП

Изобретение Относится к определению свойств материалов, может быть использовано в качестве учебного прибора и позволяет повысить точ- ность измерений. Это достигается тем, что измеритель давления 5 вьшолнен в виде чашечного манометра, который размещен внутри сосуда 1 и связан с атмосферой и нагнетйтелем воздуха 3 посредством четырехпозиционного крана 2. 3 ил.

Фиа. Г

Изобретение относится к учебным приборам по физике, в частности, к учебным приборам для демонстрации адиабатического процесса .

Цель изобретения - повьшение точности измерения отношения теплоем- костей воздуха при постоянном давлении и постоянном объеме.

На фиг. 1 дан учебный прибор, об- щий вид; на фиг. 2 - четырехпозици- онный кран (исходное положение О ), разрез; на фиг, 3 - то же, вид А на фиг. 2.

Учебный прибор содержит стеклян- ный герметичный сосуд 1 с многопозиционным краном 2, связанный с сосудом нагнетатель воздуха 3 с краном 4, и измеритель давления 5, связанный с многопозиционным краном 2. Много- позиционный кран 2 выполнен черырех- позиционным и соединен с нагнетателем воздуха 3, а измеритель давления 5 выполнен в виде чашечного манометра и расположен внутри сосуда 1 При этом чаша манометра связана с нагнетателем воздуха, а его внешнее колено имеет о тверстия 6 для сообщения с полостью сосуда 1.

ЧетырехпозиционМый кран 2 одно- временно служит герметичной пробкой для сосуда 1. На гЬловке 7 четырех- позиционного крана 2 нанесены метки

ИЛИ 111

о

и

3, а на его корпуЧтИ

f У

се - индекс, служащие для-установки четырехпозиционного крана в соответствующее положение при измерениях. Нагнетателем воздуха 3 может служит небольшая резиновая груша. Размер учебного прибора по высоте не превы шает 30 см.

Учебный прибор работает следуюпцт образом. Головку 7 четырехпозиционного крана 2 устанавливают в исходное положение О (фиг, 2), В этом положении нагнетатель воздуха 3 сообщается через четырехпозиционный кран 2 с внешним коленом чашечного манометра 5, а через отверстия. 6 с сосудом Г, при этом, чаша соединена с атмосферой. .

С помощью нагнетателя воздуха 3 увеличивают давление воздуха в сосуде 1 на 150-20П мм столба жидкости и поворотом головки 7 по часовой стрелке на 90° устанавливают ее в положение Г , при котором нагнетатель воздуха 3 изолируется от внешнего колена чашечного манометра 5, следовательно, и от сосуда 1. После выравнивания температур.и установления постоянного избыточного давления, производят отсчет разностей уровней h, жидкости в чашечном манометре. Дальнейшим поворотом головки 7 на четверть оборота устанавливают ее

в положение

/ .

Сразу же после сме

щения головки 7 с положения 1 чаша манометра изолируется от атмосферы и сохраняется в таком состоя тии вплоть до положения 3, при котором снова внутреннее колено чашечного манометра 5 соединяется с атмосферой. В положении 2 сосуд 1 соединяется каналом большего сечения с атмосферой и происходит адиабатическое расширение воздуха. Давление в сосуде быстро падает до атмосферного ( хлопок выходящего воздуха), температура поиижается от комнатной TO до некоторой Т, однако столбик жидкости в измерительном колене манометра продолжает сохранять прежнее положение.

Быстро переводят головку 6 четырехпозиционного крана из положения 2 в. положение 3. Сосуд 1 при этом изолируется, а измерительное колено чашечного манометра 5 соединяется с атмосферой. Столбик жидкости плавно, без колебаний начинает сначала падать, а потом, с повышением температуры воздуха до комнатной, начинает плавно подниматься При установившемся давлении (Р) в системе производят отсчет избыточного давления hj,

Последующим поворотом головки че тырехпозиционного крана на 90° приводят прибор в исходное состояние О и прибор готов к повторному измерению.

Переход системы от первого состояния к второму представляет адиабатический процесс и к нему применимо уравнение Пуассона, которое можно записать в такой форме:

с|ч - - ф /.

(1)

где. у Ср/Су - искомая величина.

Проце сс перехода из второго состояния в третье сопровождается изменением всех трех параметров состояния при неизменной массе газа К к нему применим закон Клайпейрона:

EiY

Подставляя отношение температур из (2) и fiV из

,V(h,-hj)-S(h,-h,)

в уравнение (I), и решая его относительно у , получим приблизительно:

.

где k - постоянная прибора, равная

Iv-p-g-)

Таким образом определяе тся по уравнению (3) отношение теплоемкос- тей воздуха при постоянном давлении и постоянном объеме.

Благодаря VoMy, что манометр размещен внутри сосуда и непосредственно связан с его полостью, устраняются искажения, имеющие место, например, при использовании U-образно- го манометра, расположенного вне сосуда, за счет сечения и толщины соединительных трубок конвекционных потоков воздуха и других факторов. Ввиду того, что необходимо знать изменение объема системы при переходе из одного состояния в другое, а время выравнивания давления воздуха в

10

15

20

25

30

сосуде с атмосферным меньше, чем установление столбика жидкости измерителя в нулевое положение, переключение должно происходить быстро, что обеспечивается выполнением крана че- тырехпозиционным.

После адиабатического расширения канал крана, соединяющий .сосуд с атмосферой, должен быть перекрыт и в этот момент сравнивают уровни жидкости в коленах манометра.

Формула изобрете н-и я

Учебный прибор по физике, содержащий стеклянный герметичный сосуд с краном, связанный с сосудом нагнетатель воздуха с краном, и измеритель давления, связанный с краном сосуда, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности определения теплоемкости воздуха при постоянном-давлении и постоянном объеме, кран сосуда выполнен четы- рехпозиционным и соединен с нагнетателем воздуха, а измеритель давления расположен внутри сосуда и выполнен в виде чашечного манометра, при этом его чаша связана с нагнетателем воздуха, а внешнее колено имеет отверстия для сообщения с полостью сосуда.

Фи. 2

Фиг.З