Sadykov.ad/2.4.1/2.4.1.tex

149 lines
10 KiB
TeX
Raw Permalink Blame History

This file contains ambiguous Unicode characters

This file contains Unicode characters that might be confused with other characters. If you think that this is intentional, you can safely ignore this warning. Use the Escape button to reveal them.

\documentclass[a4paper,12pt]{article} % тип документа
% report, book
% Рисунки
\usepackage{graphicx}
\usepackage{wrapfig}
\usepackage{indentfirst}
\usepackage{hyperref}
\usepackage[rgb]{xcolor}
\hypersetup{ % Гиперссылки
colorlinks=true, % false: ссылки в рамках
urlcolor=blue % на URL
}
% Русский язык
\usepackage[T2A]{fontenc} % кодировка
\usepackage[utf8]{inputenc} % кодировка исходного текста
\usepackage[english,russian]{babel} % локализация и переносы
\usepackage{float}%"Плавающие" картинки
\usepackage{wrapfig}%Обтекание фигур (таблиц, картинок и прочего)
% Математика
\usepackage{amsmath,amsfonts,amssymb,amsthm,mathtools}
\usepackage{mathtext}
\usepackage{multirow}
\usepackage{wasysym}
\usepackage[left=2cm,right=2cm,
top=2cm,bottom=2cm,bindingoffset=0cm]{geometry}
\author{Садыков Артур Б02-202}
\title{\textbf{1.2.4 Определение главных моментов инерции твердых тел с помощью крутильных колебаний}}
\date{}
\begin{document}
\begin{center}
\footnotesize{ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ}\\
\footnotesize{МОСКОВСКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ\\(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)}\\
\footnotesize{ФАКУЛЬТЕТ ОБЩЕЙ И ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ\\}
\hfill \break
\hfill\break
\hfill\break
\hfill \break
\hfill \break
\hfill \break
\hfill \break
\hfill \break
\hfill \break
\hfill \break
\hfill \break
\hfill \break
\hfill \break
\hfill \break
\hfill \break
\large{Лабораторная работа № 2.4.1\\\textbf{Определение теплоты испарения жидкости}}\\
\hfill \break
\hfill \break
\hfill \break
\begin{flushright}
Выполнил студент группы Б02-202\\
Садыков Артур
\end{flushright}
\hfill \break
\hfill \break
\hfill \break
\hfill \break
\hfill \break
\end{center}
\hfill \break
\hfill \break
\hfill \break
\hfill \break
\hfill \break
\hfill \break
\begin{center}
Долгопрудный, 2022 г.
\end{center}
\thispagestyle{empty} % выключаем отображение номера для этой страницы
\newpage
\section*{\textbf{Аннотация}}
Данная работа посвящена изучению теплоты парообразования воды. Для этого используется косвенный метод, основанный на формуле Клапейрона-Клаузиуса. В ходе работы было получено значение $L = 2310$ Дж/г, что согласуется со значениями в \cite{litlink1}.
\newpage
\section*{\textbf{Введение}}
Молярной теплотой парообразования жидкости называется количество теплоты, необходимое для изотермического испарения одного моля жидкости при внешнем давлении, равном упругости ее насыщенных паров. Теплота парообразования может быть вычислена напрямую с помощью калориметра, однако данный метод требует постоянства давления, что приводит к необходимости использовать открытый сосуд, а из-за неконтролируемых потерь тепла данный метод может привести к большой погрешности итогового результата. Используемый же косвенный метод не требует постоянства давления и поэтому является более предпочтительным для нашего исследования.
\section*{\textbf{Методика измерений}}
Нахождение удельной теплоты парообразования будет осуществляться по следующим формулам, представленным в источнике \cite{litlink1}:
\begin{equation}
L = \dfrac{RT^2}{P}\dfrac{dP}{dT}=-R\dfrac{d(\ln P)}{d(\dfrac{1}{T})}
\end{equation}
\begin{wrapfigure}{r}{6.5cm}
\includegraphics[width=8cm]{ust1.jpg}
\caption{\textit{Схема установки}}
\label{img1}
\end{wrapfigure}
Для произведения измерений используется установка, изображенная на рисунке \ref{img1}. Наполненный водой резервуар 1 играет роль термостата. Нагревание термостата производится спиралью 2, подогреваемой электрическим током. Для охлаждения воды в термостате через змеевик 3 пропускается водопроводная вода. Вода в термостате перемешивается воздухом, поступающим через трубку 4. Температура воды измеряется термометром 5. В термостат погружен запаянный прибор 6 с исследуемой жидкостью. Над ней находится насыщенный пар (перед заполнением прибора воздух из него был откачан). Давление насыщенного пара определяется по ртутному манометру, соединенному с исследуемым объемом. Отсчет показаний манометра производится при помощи микроскопа.
\section*{\textbf{Результаты и их обсуждение}}
Измерения проводились в двух режимах: при нагреве жидкости и при охлаждении. Полученные точки нанесены на график \ref{img2}.
Построим линеаризованную зависимость $ln(P)(\dfrac{1}{T})$.
\begin{figure}
\includegraphics[width=18cm]{graphik_exp.png}
\caption{\textit{График зависимости давления паров воды от температуры жидкости в этот момент. На графике красным отмечены точки, соответствующие измерениям при нагреве жидкости, синим -- при остывании.}}
\label{img2}
\end{figure}
\begin{figure}
\includegraphics[width=18cm]{graphik.png}
\caption{\textit{График зависимости натурального давления паров воды от величины, обратной к температуре жидкости в этот момент. На графике красным отмечены точки, соответствующие измерениям при нагреве жидкости, синим -- при остывании.}}
\label{img3}
\end{figure}
Вычисляя коэффициенты наклона прямых по МНК находим, что:
\begin{equation}
\left(\dfrac{d(\ln P)}{d(\dfrac{1}{T})}\right)_{\text{нагр}}=-(5105 \pm 51)\; \text{1/К}
\end{equation}
\begin{equation}
(\dfrac{d(\ln P)}{d(\dfrac{1}{T})})_{\text{охл}}=-(4904 \pm 49)\; \text{1/К}
\end{equation}
Удельная теплота испарения равна:
\begin{equation}
L_{\text{нагр}}=-R*(\dfrac{d(\ln P)}{d(\dfrac{1}{T})})_{\text{нагр}}=(2357 \pm 24) \; \text{Дж/г}
\end{equation}
\begin{equation}
L_{\text{охл}}=-R*(\dfrac{d(\ln P)}{d(\dfrac{1}{T})})_{\text{охл}}=(2264 \pm 23) \; \text{Дж/г}
\end{equation}
\newpage
\section*{\textbf{Выводы}}
Из \ref{img2} видно, что зависимость $P(T)$ действительно имеет экспоненциальный характер.
Значения теплоемкости при нагревании и охлаждении различны из-за возникновения капилярных эффектов в трубке манометра и неравномерного теплообмена между термостатом и сосудом с исследуемой жидкостью.
Значение теплоты парообразования, полученное при охлаждении жидкости $L_{\text{охл}} = (2264 \pm 23) \; \text{Дж/г}$, согласуется в рамках оцененной погрешности со значением, указанным в таблице, приведенной в источнике \cite{litlink1} $L= 2259$ Дж/г. Значение, полученное при нагревании $L_{\text{нагр}} = (2357 \pm 24) \; \text{Дж/г}$,также лежит близко к табличному, что позволяет говорить о небольшой неточности эксперимента, которую можно уменьшить, нагревая жидкость медленнее и позволяя выравниваться температуре на термостате и в исследуемом сосуде, и уменьшив капилярный эффект, возникающий в трубке манометра.
\newpage
\begin{thebibliography}{}
\bibitem{litlink1} Д. Гладун А., А. Александров Д., Игошин Ф. Ф. и др. Лабораторнй практикум по общей
физике: T. 1. Термодинамика и молеккулярная физика. M.: МФТИ, 2012. 292 с.
\end{thebibliography}
\end{document}