1. Постановка задачи

Создать виртуальный прибор, имитирующий эксперимент, основанный на методе Клемана-Дизорма, по определению коэффициента Пуассона при адмабатическом расширении газа. .

2. Описание решения

Адиабатическим называется процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой. Уравнение адиабатического процесса для идеального газа

P₁,V₁ -параметры газа начальном состоянии, a p₂,V₂ -параметры газа в конечном состоянии.

Данное уравнение может быть записано в виде

Величина у называется показателем адиабаты либо коэффициентом Пуассона. Этот коэффициент входит уравнения, описывающие адиабатический и близкие к нему процессы: распространение звуковых волн в газах, истечение газов из сопла реактивного двигателя и т.д.

Показатель адиабаты вычисляется по формуле

где t-количество степеней свободы молекул газа.

Моделируемый эксперимент основан на измерении давления газа, последовательно проходящего через три состояния: из первого во второе адиабатически, из второго в третье - изохорически. Последовательность действий описывается ниже.

В баллон нагнетается воздух, с помощью кнопки "Накачка воздуха", до давления р_х, превышающего атмосферное р₀ на небольшую величину р',

P₁ = Р₀+Р' > Р^’<<Р₀ На данном этапе сведения о давлении в баллоне хранятся в переменной "МакДавление" и отображаются на индикаторе "Манометр" на лицевой панели. При каждой итерации цикла происходит сравнение переменных "МакДавление" и "Манометр", больший результата поступает в переменную "МакДавление", позднее данные из этой переменной понадобятся для определения параметров газа в состоянии три.

Так как при нагнентании газа в баллон температура превосходит атмосферное на некоторую величину то, необходимо время для установления теплового равновесия. Этот процесс имитируется путем уменьшения переменной "МакДавление" на случайную величину не превосходящую 5% от самой переменной. Такое значение обусловлено лабораторными экспериментами.

После установления теплового равновесия температура газа в баллоне равна температуре окружающей среды Г_: . При открытии клапана, баллон на некоторое время соединяют с атмосферой. При этом давление падает до значения р₂-р₀-Газ выходит с конечной скоростью, определяемой геометрическими особенностями баллона и пропускной способностью клапана, соединяющего баллон с атмосферой. В описываемом виртуальном приборе процесс выхода газа имитируется уменьшение значения на индикаторе "Манометр" при нажатии кнопки "Выпуск воздуха" на лицевой панели, так же при нажатии указанной кнопки запускается таймер измеряющий время соединения баллона с атмосферой, его показания отображаются на индикаторе "Таймер". Позже показания данного индикатора используются для определения параметров газа в состоянии три. Так как расширение газа(переход из состояния 1 в состояние 2) занимает некоторое время, за которое происходит теплообмен с окружающей средой, то манометр покажет не истинное значение р_з, а несколько меньшее. Опытным путем установлено, что при малых отклонениях воздуха от равновесного состояния Р_з(t) ⁼ Р_з(0)•е^-ατ α-константа не зависящяя от условий опыта, τ-время, в течение которого открыт клапан.

Рассчитав давление p₃(t), используя данные переменных "МакДавление",

"Таймер", а так же теоретическое значение коэффициента Пуассона вычисляются параметры газа в состоянии 3.

Рис.1 Вид рабочего варианта лицевой панели ВП

Затем графическим методом, проводя аппроксимирующую прямую через точки, полученные в ходе ряда экспериментов с различным временем т, вычисляется значение р₃(0) (Используется график с координатами р(τ) и τ ).

Рис.2 Вид лицевой панели ВП для пользователя

3. Используемое оборудование и ПО

При создании ВП использовалась среда программирования LabVIEW 8.2. При использовании в лабораторных практикумах, имеется возможность запускать ВП как на других версии LabVIEW, так и в виде отдельного исполняемого «.ехе» модуля.

4. Внедрение и развитие решения

Описанный ВП предназначен для использования в качестве модели лабораторного стенда в ходе лабораторного практикума по дисциплине физика. В связи с отсутствием необходимости в дополнительном оборудовании открывается возможность широкого применения в дистанционных программах обучения.