Определение теплоемкости воздуха. Изучение первого закона термодинамики и теплоемкости газов

Цель работы: 1.изучение первого закона термодинамики и теплоемкости газов. 2.освоение методики калориметрического эксперимента на примере определения изобарной теплоемкости воздуха.

Краткие теоретические сведения.

Теплоемкость представляет собой количество тепла. которое необходимо для изменения температуры единицы количества вещества на 1 ºС. В зависимости от того, в каких единицах измеряется количество вещества, соответственно различают массовую теплоемкость . кДж / кг град, объемную , кДж/м³ град и мольную, кДж/ кмоль град.

Теплоемкость газа зависит от природы вещества, параметров состояния (температуры и давления характера термодинамического процесса. В соответствии с этим теплоемкость, отнесенная к определенному значению температуры, называется истинной, . Теплоемкость, относящаяся к конечному интервалу температур, есть средняя теплоемкость . Теплоемкость при постоянном объеме  именуется изохорной , а при постоянном давлении – изобарной

Опытное определение средней изобарной теплоемкости газа  сводится к нагреву его в проточном калориметре и измерению необходимых величин (количества тепла ,объемного расхода , и повышения температуры ). Полагая, что все тепло от электронагревателя идет в установившемся процессе на изобарный нагрев воздуха. (тепловые потери отсутствуют). Теплоемкость можно найтипо формуле, кДж/  град:

                                                    (1)

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Основной частью установки (рисунок 1) является стеклянный проточный калориметр 1. От размещенного в нем электронагревателя 2 подводится. Тепло к протекающему воздуху.

Воздух засасывается из помещения и продвигается по калориметру под действием электронасоса 3. Производительность последнего измеряется газосчетчиком 4, а регулируется с помощью автотрансформатора 5.

Потребляемая нагревателем мощность измеряется ваттметром 6. В целях уменьшения тепловых потерь в окружающую среду калориметр помещен в теплоизоляционную стеклянную оболочку. Температура воздуха на входе в калориметр и на выходе из него измеряется ртутными термометрами 7 и 8.

Рисунок 1 – Схема опытной установки

обработка результатов измерений

Протокол для записи измерений

Для стационарного значения берем последний замер и определяем t₁=32,2 ºС, t₂=39,4 ºС

1.Определим величину объемного расхода воздуха через калориметр , м³/с по формуле: ;

2. По формуле (1) рассчитаем среднюю изобарную объемную теплоемкость воздуха , где величина теплового потока Q=N=22,5 Вт, а объемный расход воздуха  найдем из объединенного закона Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:

,

где ; P_H = 750 мм рт ст; T_H = 273 К; Р_t=736 мм рт ст;

;

;

3. Вычислим величину расхождения между экспериментально определенной теплоемкостью  и табличным значением :

;

4. Найдем значение массовой изобарной теплоемкости, :

;

5. По формуле Майера находим изохорную массовую теплоемкость воздуха, R=:

;

6. Вычисляем показатель адиабаты:

;

7. Рассчитываем для воздуха величину внутренней энергии U, кДж/кг; энтальпии i, кДж/кг; энтропии S, кДж/кг град при температуре t₂ по формулам:

;

;

.

Контрольные вопросы

1.

2. Теплоемкость представляет собой количество тепла. которое необходимо для изменения температуры единицы количества вещества на 1 ºС. В зависимости от того, в каких единицах измеряется количество вещества, соответственно различают массовую теплоемкость . кДж / кг град, объемную , кДж/м³ град и мольную, кДж/ кмоль град. Теплоемкость, отнесенная к определенному значению температуры, называется истинной, . Теплоемкость, относящаяся к конечному интервалу температур, есть средняя теплоемкость . Теплоемкость при постоянном объеме  именуется изохорной , а при постоянном давлении – изобарной .

6. Сущность калориметрического метода определения средней изобарной теплоемкости газа  сводится к нагреву его в проточном калориметре и измерению необходимых величин (количества тепла ,объемного расхода , и повышения температуры ). Полагая, что все тепло от электронагревателя идет в установившемся процессе на изобарный нагрев воздуха (тепловые потери отсутствуют). Теплоемкость можно найтипо формуле, кДж/  град:

3.