Техническая термодинамика: Методические указания к лабораторным работам, страница 7

           ,

где: V - объём пара, м³,    M - масса пара, кг

 

Рис. 13. Схема установки.

6.1.Описание установки

Схема установки показана на рис. 13.

Известно, что изобарный процесс парообразования одновременно является изотермическим, поэтому система, в которой происходит фазовый переход жидкость-пар, может быть использована в качестве термостата.

На данной установке термостатирование осуществляется водой, кипящей при атмосферном давлении.

Установка состоит из уеденённой стальной колбы 1, помещённой в термостат 2. Обогрев термостата производится электронагревателем 3. Образующийся в колбе 1 пар исследуемой жидкости вытесняет воздух из колбы через стеклянную трубку 4 в измерительную бюретку 5 ёмкостью 100см³, которая открытым концом помещена в сосуд с водой 6. Для заполнения измерительной бюретки водой служит груша 7. Пар, образующийся при кипении воды в термостате 2, отводят через резиновую трубку 8 в сосуд с водой 9. Колба 1 закрыта резиновой пробкой 10, через которую с помощью шприца впрыскивается в стальную колбу 1 быстро испаряющаяся жидкость (сприт). Температура колбы и находящегося в ней воздуха принимается равной температуре насыщения воды при атмосферном давлении.

6.2.Порядок проведения опыта

Открыв кран 11, с помощью груши 7 заполняют измерительную бюретку 5 водой до верхней отметки “90”. По делениям шприца определяют массу исследуемой жидкости M.

Когда вода в термостате закипит, конец трубки 4 опускают в сосуд с водой 6. После прекращения выделения пузырьков воздуха конец трубки 4 вводят снизу в измерительную бюретку 5 и проверяют уровень воды в бюретке. Затем, с помощью шприца, вводят в колбу 1 спирт.

После того как в измерительной бюретке 5 прекратится выделение пузырьков воздуха, что будет сопровождаться установлением постоянного уровня воды в бюретке, опыт считается законченным. По разности уровней воды в бюретке определяют объём вытесненного из колбы 1 воздуха; этот объём равен объёму пара. Конец трубки 4 убирают из сосуда 6. Температуру в сосуде 6 измеряют термометром, а высоту оставшегося столба воды в бюретке 5 (h) – линейкой.Результаты измерений заносят в табл. 10

Таблица 10

№ опыта	Масса жидкости М, кг	Температура воды в сосуде Тв, оС	Высота столба воды в бюретке h, мм	Объём воздуха, вытесненный паром Vв, м3	Барометрическое давление Рв, бар	Парциальное давление водяного пара Рn, бар
1	2	3	4	5	6	7

6.3.Обработка результатов измерений

По результатам опыта можно подсчитать удельный объём пара исследуемой жидкости только при барометрическом давлении и температуре, равной температуре кипения воды в термостате (при этом же давлении). Для этого полученный объём пара V необходимо привести к температуре пара исследуемой жидкости и ввести поправки к давлению.

Для приведения объёма полученного пара к его температуре воспрользуемся математическим выражением закона Гей-Люссака

откуда

                      (2)

В уравнении (2)

V_n – объём воздуха, вытесненный паром исследуемой жидкости, приведённый к температуре этого пара, м³;

V_в – объём воздуха полученный из опыта при температуре воды в сосуде 6, м³;

Т_п – температура насыщенного пара греющей жидкости, ^оК;

Т_в – температура воздуха в измерительной бюретке 5, равная температуре воды в сосуде 6, ^оК.

Для определения действительного давления, под которым находится воздух в измерительной бюретке, необходимо ввести поправку на давление водяного столба и на парциальное давление водяного пара, насыщающего пространство над водой в измерительной бюретке 5.

 ,

где

Р – давление воздуха в измерительной бюретке, бар;

P_в – барометрическое давление, бар;

P_h – давление, создаваемое столбом воды высотой х, бар;

P_n – парциальное давление водяного пара ( берётся из таблиц насыщенного пара по температуре воды в сосуде 6), бар.

Для приведения объёма пара V_n к барометрическому давлению используем закон Бойля-Мариота

,

откуда

 .                                                       (3)

Удельный объём пара исследуемой жидкости найдётся из уравнения (1)

, м³/кг,

где V – определяется соотношением (3).

Полученные результаты надо сравнить с удельным объёмом, найденным по уравнению

.

Работа №7

         Определение скорости звука в газах и отношения удельных теплоёмкостей методом стоячей волны.

         Цель работы. Определение скорости звука в воздухе и показателя адиабаты воздух. Исследование температурной зависимости скорости звука

Введение.

       Скорость звука в идеальном газе определяется соотношением

                                          а=, м/с,

где

к=- показатель адиабаты;

         R- газовая постоянная воздуха (R=287)

 Т - абсолютная температура воздуха, К.

Измеряя скорость звука в газе и его температуру, из уравнения (1) можно найти К.

                                        

                                         6                                                                                               3                                   2                

                                                                                         5                  4                                                                             

                                                                                                    L