Прибор для изучения газовых законов (с манометром)

Назначение изделия

Прибор предназначен для использования в общеобразовательных учреждениях на уроках физики при изучении газовых законов и свойств идеального газа. С его помощью можно наглядно продемонстрировать основные изопроцессы, происходящие с газом, выполнить лабораторные работы по проверке газовых законов и уравнения состояния идеального газа .

Прибор позволяет проверить:

• Закон Бойля-Мариотта (изотермический процесс: зависимость давления от объема при постоянной температуре)

• Закон Гей-Люссака (изобарный процесс: зависимость объема от температуры при постоянном давлении)

• Закон Шарля (изохорный процесс: зависимость давления от температуры при постоянном объеме)

• Уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона)

Комплектность

В шприце и поршне просверлены отверстия для фиксатора .

Устройство и принцип работы

Прибор представляет собой систему из пластикового шприца объемом 150 мл, встроенного в стакан на подставке, соединенного с помощью силиконовых трубок и тройника с демонстрационным манометром .

В шприце и поршне имеются отверстия для фиксатора, что позволяет закреплять поршень в заданном положении. Стеклянный пластиковый стакан на подставке служит емкостью для воды (холодной или горячей) при проведении опытов по нагреванию и охлаждению газа .

При проведении демонстраций необходимо учитывать дополнительный объем воздуха в соединительных трубках — он составляет примерно 4 мл и вносит поправку в расчеты .

Проведение опытов

1. Проверка закона Бойля-Мариотта (изотермический процесс)

Цель: Проверить выполнение закона $P\cdot V=const$ при постоянной температуре.

Порядок выполнения:

1. Установите поршень шприца в крайнее нижнее положение

2. Закройте зажим (кран) на трубке, соединяющей шприц с манометром

3. Вращением винта (или перемещением поршня) измените объем газа

4. По шкале шприца определите объем $V$, по манометру — изменение давления $\Delta P$

5. Вычислите абсолютное давление P=P0+ΔPP=P0​+ΔP (где P0P0​ — атмосферное давление, измеренное барометром)

6. Повторите измерения для нескольких значений объема

7. Вычислите произведение $P\cdot V$ для каждого опыта и убедитесь, что оно остается постоянным

2. Проверка закона Шарля (изохорный процесс)

Цель: Проверить выполнение закона $P/T=const$ при постоянном объеме.

Порядок выполнения:

1. Зафиксируйте поршень в определенном положении с помощью фиксатора

2. Поместите стакан с шприцем в емкость с холодной водой, измерьте температуру воды термометром

3. Запишите показания манометра

4. Постепенно добавляйте горячую воду, повышая температуру

5. Для каждого значения температуры фиксируйте показания манометра

6. Вычислите отношение $P/T$ и убедитесь, что оно остается постоянным

3. Проверка закона Гей-Люссака (изобарный процесс)

Цель: Проверить выполнение закона $V/T=const$ при постоянном давлении.

Порядок выполнения:

1. Откройте зажим, сообщив полость шприца с атмосферой (давление постоянно и равно атмосферному)

2. Зафиксируйте начальное положение поршня и начальную температуру

3. Поместите стакан с шприцем в сосуд с горячей водой

4. При нагревании газ будет расширяться, перемещая поршень

5. По шкале шприца определите изменение объема

6. Вычислите отношение $V/T$ для различных температур

4. Проверка уравнения состояния идеального газа

Цель: Проверить выполнение уравнения P⋅VT=constTP⋅V​=const.

Порядок выполнения:

1. Проведите опыты при различных значениях давления, объема и температуры

2. Для каждого опыта вычислите значение P⋅VTTP⋅V​

3. Сравните полученные значения и убедитесь в их постоянстве

Методические рекомендации

Необходимое дополнительное оборудование

Для проведения полноценных лабораторных работ и демонстраций потребуются:

• Термометр (для измерения температуры воды и воздуха)

• Барометр (для определения атмосферного давления)

• Сосуды с горячей и холодной водой (объемом 6–7 л)

Особенности использования

1. Перед началом работы определите цену деления шкалы манометра

2. При расчетах учитывайте дополнительный объем воздуха в соединительных трубках (≈4 мл)

3. Для получения достоверных результатов дождитесь установления теплового равновесия (2–3 минуты) при погружении прибора в воду

4. При работе с горячей водой соблюдайте осторожность

Правила хранения и меры предосторожности

Условия хранения:

• Храните прибор в сухом помещении при комнатной температуре

• Берегите от ударов и падений (стеклянные части прибора хрупкие)

• Оберегайте силиконовые трубки от перегибов и контакта с острыми предметами

Меры предосторожности:

• Не допускайте попадания воды внутрь шприца и соединительных трубок — это может привести к некорректным показаниям

• При работе с горячей водой используйте защитные перчатки

• Не превышайте максимальный объем шприца (150 мл), указанный в характеристиках

• При длительном хранении разберите прибор и просушите все элементы