Универсальный прибор для проверки газовых законов

В демонстрационных приборах, применяемых для проверки газовых законов, используются либо стеклянные сосуды, в которых роль «подвижного поршня» играет ртуть, либо непрозрачные металлические сосуды с резьбовым поршнем или с гофрированными стенками.

Приборы первой группы отличаются исключительной простотой и наглядностью Величина давления газа в этих приборах вычисляется по разности давлений ртутных столбов, что обеспечивает высокую точность измерений. Но ртуть — дефицитный материал, а ее пары опасны для жизни.

Приборы второй группы конструктивно сложнее приборов первой группы и менее наглядны, так как учащиеся лишены возможности непосредственно наблюдать за объемом исследуемого газа. Давление газа в этих .приборах измеряется металлическим манометром.

В практике работы указанного выше института на протяжении ряда лет используется универсальный прибор для проверки газовых законов, который обладает наглядностью, присущей приборам первой группы, и для его работы не требуется ртути.

Прибор состоит из двух оксиально расположенных стеклянных трубок 1 н 2, зажатых резиновыми прокладками 3 между двумя фланцами 4, которые стягиваются длинными тонкими шпильками 5. Давление газа измеряется манометром 6. Температура воды измеряется термометром 7. Объем исследуемого газа можно изменять гидравлическим поршнем. Прибор снабжается кранами, которые отчетливо видны на схеме (рис. 31).

Исследуемый газ находится во внутренней трубке. Сжатие его производится жидкостью, поступающей в нижнюю часть центральной трубки при накачивании воздуха в гидравлический аккумулятор 8 насосом Шинца.

Изменять объем исследуемого газа, давление которого определяется по показаниям манометра, можно в широких пределах, для этого, закрыв кран а, надо медленно открывать кран б. Наружная стеклянная трубка является «рубашкой» для внутренней трубки. В пространство между трубками можно заливать горячую воду или масло.

При проверке закона Бойля — Мариотта при комнатной температуре газа нет необходимости заливать в «рубашку» воду, однако наличие подкрашенной воды в «рубашке» намного улучшает видимость исследуемого объема газа при малом сечении внутренней трубки.

При проверке других газовых законов целесообразно вместо воды использовать льняное масло (растительное), плотность насыщающих паров которого очень мала, а использование воды нежелательно, так как плотность насыщающих водяных паров достаточно велика и при сильном нагревании исследуемого газа могут получиться значительные отклонения от проверяемых газовых законов. Использование минеральных масел совершенно недопустимо, так как летучие фракции сильно влияют на результаты измерений.

Гидравлический аккумулятор 8 должен иметь объем около одного литра. Его можно изготовить из металлической консервной банки.

Для измерения давления лучше всего воспользоваться мановакуумметром с пределами измерения 760 мм pm. cm.— 0—3 атм.

Можно ограничиться обычным манометром. В этом случае, прежде чем провести первое измерение давления, газ надо предварительно сжать, а дальнейшие измерения проводить после увеличения объема газа и после уменьшения его объема.

Допустимое давление газа в приборе определяется прочностью внутренней трубки. Однако не следует доводить давление газа в ней более 2 атм.

Для предлагаемого прибора наиболее удобным оказывается технический или образцовый манометр на 1 атм. Этот манометр имеет очень большую шкалу, которую хорошо видно со всех мест в классе. Перед демонстрацией опытов необходимо нэпом« нить учащимся, что металлические манометры измеряют избыточное давление газа по сравнению с атмосферным – давлением.

При определении размеров прибора следует руководствоваться следующими соображениями:
а) необходимо уменьшить по возможности все «мертвые пространства», объем которых нельзя учесть при определении объема исследуемого газа;
б) объем, заключенный между трубками, должен быть большим, чтобы не происходило быстрого изменения температуры воды или масла в рубашке, а следовательно, и температуры исследуемого газа.

Чтобы уменьшить «мертвые пространства», манометр надо соединять с внутренней трубкой непосредственно, без промежуточных шлангов, а внутреннюю трубку брать таких размеров, чтобы объем ее значительно превосходил объем манометрической трубки манометра. С этой же целью желательно использовать жидкостный манометр.

Размеры прибора, указанные на рисунке 31, являются приблизительными.

На рисунке не показана мешалка, необходимая для поддержания температуры жидкости во всем объеме рубашки равномерной. Мешалку можно изготовить по типу той, которая применяется в калориметре.

Для уменьшения теплообмена между газом и окружающей средой фланцы у прибора следует изготовить из пластмассы (винипласта).