Установка для проведення лабораторної роботи з вивчення законів ідеального газу

Реферат: Установка виконана як електричний блок, який формує параметри та характеристики законів у вигляді прямо пропорційних їм дискретних напруг, що сформовані групами дільників на постійних та перемінних резисторах. Пропонується для отримання характеристик законів ідеального газу при різних величинах їх постійного параметра ввести групи дільників, які формують набір напруг, що пропорційні величинам цих параметрів. Ці напруги через додатково введені елементи комутації подаються на групи дільників ГДН рt, ГДН ру, ГДН vр, на які у прототипі подається напруга з джерела живлення і які визначають тиск для ізотермічного та ізохорного процесів, об'єм для ізобарного процесу. UA 107291 C2 (12) UA 107291 C2 UA 107291 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до навчальних приладів і може застосовуватись для проведення лабораторної роботи з відповідної теми у курсах "Фізики", "Теплотехніки" у вищих навчальних закладах та курсу "Фізики" у загальноосвітніх школах. Прототипом винаходу є установка [Патент України на винахід №87539 "Установка для проведення лабораторних робіт з вивчення термодинамічних процесів", бюл.№14, 27.07.2009], що виконана як електричний блок, до складу якого входять групи дільників напруги (ГДН) на постійних та перемінних резисторах та багатопозиційні багатонапрямкові перемикачі. Групи дільників формують параметри і характеристики основних термодинамічних процесів у вигляді груп дискретних напруг, які прямо пропорційні величинам відповідних параметрів і які через електричні ланцюги, що створюють елементи управління роботою через контакти перемикачів, подаються з відповідних дільників на електричні вимірювальні прилади. На всі групи дільників подається напруга з джерела живлення. Така установка дозволяє отримувати дані для побудови графіків: для ізотермічного процесу графіка залежності тиску від об'єму при одній температурі стабілізації, для ізохорного – графіка залежності тиску від температури при одній величині об'єму, для ізобарного процесу - графіка залежності об'єму від температури при одній величині тиску. Недоліком установки є відсутність можливості отримувати дані для визначення залежностей змінюваних параметрів і побудови графіків законів ідеального газу при низці значень величини їх постійного параметра: температури для закону Бойля-Маріотта, тиску для закону Гей-Люсака, об'єму для закону Шарля. Задачею винаходу є створення установки, на якій цей недолік усунено. Поставлена задача вирішується тим, що формування параметрів тиску для законів БойляМаріотта (ізотермічний процес) і Гей-Люсака (ізобарний процес) та об'єму для закону Шарля (ізохорний процес) проводиться двома послідовно включеними групами дільників, одна створює відповідну функцію залежності від змінюваного параметра, а друга, що вводиться додатково, створює залежність від величин відповідного постійного параметра. Додатково введені група дільників, що формує величини температури стабілізації, та перемикач, яким задається ця температура. Спрощена схема електричного блока представлена на кресленні. У схемі та її описі у визначенні параметрів газових законів використано назву відповідних термодинамічних процесів. Для забезпечення можливості використання установки для проведення лабораторної роботи з теплотехніки у схему включені елементи, що формують адіабатний процес. Групи дільників напруги (ГДН) формують напруги, що визначають: - ГДНv - об'єм газу у ізотермічному та адіабатному процесах; - ГДНpt - тиск у ізотермічному процесі у залежності від об'єму; - ГДНpa, ГДНta - тиск та температуру у адіабатному процесі; - ГДНuvp, ГДНupv - напруги, величини яких пропорційні об'єму, тиску; - ГДНtt - температуру у ізотермічному процесі; - ГДНupt - напругу, величина якої пропорційна температурі у ізотермічному процесі; - ГДНvp, ГДНtp - об'єм та температуру у ізобарному процесі; - ГДНpv, ГДНtv - тиск та температуру у ізохорному процесі; - ГДНQ - кількість теплоти, що підводиться до газу у ізобарному та ізохорному процесах. Дільники груп ГДНv, ГДНpt, ГДНuv p, ГДНupv, ГДНta, ГДНpa електрично зв'язані з відповідними контактами плат П1/1, П1/2, П1/3, П1/4, П1/5, П1/6 перемикача П1 НАВАНТАЖ., переключенням якого змінюється об'єм газу та залежні від нього напруги, що визначають відповідні параметри. Дільники груп ГДНtt та ГДНupt електрично зв'язані з відповідними контактами плат П2/1 та П2/2 перемикача П2 ВСТАН.tст, яким задається температура в ізотермічному процесі. Дільники груп ГДНv p, ГДНpv, ГДНtv ГДНtp та ГДНQ електрично зв'язані з відповідними контактами плат П4/1,П4/2, П4/3, П4/4 та П4/5 перемикача П4 ТЕПЛОТА, переключенням якого підводиться теплота, змінюється температура газу у ізобарному і ізохорному процесах, формуються функції залежності об'єм і тиску від температури відповідно. На всі групи дільників, крім ГДНpt, ГДНvp та ГДНpv, подається напруга з джерела живлення. На дільники групи ГДНpt напруга подається з ГДНupt через контакти плати П2/2 перемикача П2. Ця напруга пропорційна величині постійної температури газу, заданої перемикачем П2, і визначає величину тиску у функції залежності тиску від об'єму, яка створюється дільниками ГДНpt при послідовному переключенні перемикача П1. На дільники групи ГДНv p напруга подається з ГДНuvp через контакти плати П1/3 перемикача П1. Ця напруга пропорційна величині постійного тиску газу, заданому перемикачем П1, і визначає величину об'єм у функції залежності об'єм від температури, яка створюється дільниками ГДНvp при послідовному переключенні перемикача П4. 1 UA 107291 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 На дільники групи ГДНpv напруга подається з ГДНupv через контакти плати П1/4 перемикача П1. Ця напруга пропорційна об'єму газу, заданому перемикачем П1, і визначає величину тиску у функції залежності тиску від температури, яка створюється дільниками ГДНpv при послідовному переключенні перемикача П4. Управління встановленням та проходженням процесів проводиться перемикачами, які у початковому стані вони мають наступні положення: - перемикачі П1 НАВАНТАЖ., П2 ВСТАН.tст, П4 ТЕПЛОТА – перше (нижнє) положення; - перемикачі П3 СТОПОР, П5 СТАБ – положення "Викл.»; - перемикач П6 ЕКРАН (тумблер) – положення "Знято". Для створення ізотермічного процесу перемикач П5 СТАБ встановлюється у положення "Вкл.» (включається термостабілізатор температури), інші перемикачі знаходяться у початковому стані. Для створення ізобарного процесу перемикач П5 СТАБ встановлюється у положення "Викл.», інші перемикачі знаходяться у початковому стані. Для створення ізохорного процесу перемикач П3 СТОПОР встановлюється у положення "Вкл", інші перемикачі знаходяться у початковому стані. Для створення адіабатного процесу перемикач П6 ЕКРАН встановлюється у положення "Встановлено", інші перемикачі знаходяться у початковому стані. Напруги, що пропорційні величинам параметрів процесів, вимірюються електричними приладами "V", "P" і "t", які визначають відповідно об'єм, тиск і температуру. При ізотермічному процесі напруги подаються: - на прилад "V" - з дільників ГДНv через контакти плати П1/1 перемикача П1, замкнені контакти плати П4/1 перемикача П4, замкнені контакти плати П3/1 перемикача П3; - на прилад "Р" - з дільників ГДНpt через контакти плати П1/2 перемикача П1, замкнені контакти плати П3/2 перемикача П3, замкнені контакти перемикача П6; - на прилад "t" - з дільників ГДНtt через контакти плати П2/1 перемикача П2, замкнені контакти перемикача П5, замкнені контакти перемикача П6. При ізобарному процесі напруги подаються: - на прилад "V" - з дільників ГДНvp через контакти плати П4/1 перемикача П4, замкнені контакти плати П3/1 перемикача П3; - на прилад "Р" - з дільників ГДНpt через контакти плати П1/2 перемикача П1, замкнені контакти плати П3/2 перемикача П3, замкнені контакти перемикача П6; - на прилад "t" - з дільників ГДНtp, через контакти плати П4/4 перемикача П4, замкнені контакти плати П3/3 перемикача П3, замкнені контакти перемикачів П5, П6; - на прилад "Q" - з дільників з дільників через контакти плати П4/5 перемикача П4. При ізохорному процесі напруги подаються: - на прилад "V" - з дільників ГДНv через контакти плати П1/1 перемикача П1, контакти плати П3/1, що замикаються при цьому процесі; - на прилад "Р" - з дільників ГДНpv через контакти плати П4/2 перемикача П4;, контакти плати П3/2 перемикача П3, що замикаються при цьому процесі, замкнені контакти перемикача П6; - на прилад "t" - з дільників ГДНtv через контакти плати П4/3 перемикача П4, замкнені при цьому процесі контакти П3/3 перемикача П3, що замикаються при цьому процесі, замкнені контакти перемикачів П5, П6; - на прилад "Q" - з дільників з дільників через контакти плати П4/5 перемикача П4. Для створення адіабатного процесу перемикач П6 ЕКРАН встановлюється у положення "Встановлено", інші перемикачі знаходяться у початковому стані. При цьому процесі напруги подаються на електричні вимірювальні прилади: При адіабатному процесі напруги подаються: - на прилад "V" - з дільників ГДНv через контакти плати П1/1 перемикача П1, замкнені контакти плат П4/1 та П3/1 перемикачів П4 та П3; - на прилад "Р" - з дільників ГДНpa через контакти плати П1/6 перемикача П1, замкнені контакти перемикача П6; - на прилад "t" - з дільників, ГДНta через контакти плати П1/5 перемикача П1, замкнені контакти перемикача П6. В електричному блоці використано комплектувальні елементи та електровимірювальні прилади широкого застосування. Зразок установки виготовлений і пройшов випробування у навчальному процесі у Харківському торговельно-економічному інституті Київського національного торговельноекономічного університету. 2 UA 107291 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 Установка для проведення лабораторної роботи з вивчення законів ідеального газу, яка виконана як електричний блок, який формує параметри і характеристики законів (термодинамічних процесів) у вигляді прямо пропорційних їм величин груп дискретних напруг, до складу якого входять: джерело живлення, низка груп дільників на постійних і перемінних резисторах, на які подається напруга з джерела живлення і які визначають об'єм при ізотермічному і адіабатному процесах (ГДН v), тиск і температуру при адіабатному процесі (ГДН ра, ГДН ta), тиск при ізотермічному процесі (ГДН pt), дільники яких електрично зв'язані з відповідними контактами перемикача "Навантаження"; груп дільників, що визначають тиск і температуру при ізохорному процесі (ГДН ру, ГДН tv) та об'єм і температуру при ізобарному процесі (ГДН vp, ГДН tp), дільники яких електрично зв'язані з відповідними контактами перемикача "Теплота", яка відрізняється тим, що додатково введені групи дільників ГДН upt, ГДН upv та ГДН uv, які формують набір напруг, пропорційні величинам постійних параметрів законів ідеального газу (температури стабілізації для закону Бойля-Маріотта, об'єму для закону Гей-Люсака, тиску для закону Шарля), і які послідовно включені через контакти додатково введеного перемикача встановлення температури стабілізації з групою дільників ГДН рt та через додаткові контакти перемикача "Навантаження" з групами дільників ГДН pv і ГДН v p відповідно, а також додатково введена група дільників ГДН tст, що визначає величину температури стабілізації. 3 UA 107291 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4