Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агенство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет
Кафедра «Машины и технология литейного производства»
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗОТЕРМНОГО ПРОЦЕССА
СЖАТИЯ ВОЗДУХА
Методические указания к лабораторной работе 2
по курсу «Теоретические основы теплотехники»
Комсомольск-на-Амуре 2006
УДК 621.1.016
Исследование изотермного процесса сжатия воздуха: Методические указания к лабораторной работе 2/Сост. Б.М. Соболев. - Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2006. - 6 с.
Приводится описание установки, порядок проведения экспериментов и обработки результатов при исследовании изотермного процесса сжатия воэдуха.
Методические указания рекомендуются для студентов направления 150400, специальностей 150101, 150106 дневной и заочной форм обучения.
Печатается по постановлению редакционно-издательского совета ГОУВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет.
Согласовано с отделом стандартизации.
Рецензент Э.А. Дмитриев
Цель работы: построить Pv- диаграмму сжатия воздуха при Т - const, определить совершаемую работу и изменение энтропии изотермного процесса сжатия.
ВВЕДЕНИЕ
При изотермном процессе выполняется условие dT= 0, или Т= const.
Уравнение изотермного процесса может быть получено из уравнения Клапейрона pv= RT, которое при T - const,
pv =const, (1)
где р – давление; v - удельный объем; R – универсальная газовая постоянная; Т - абсолютная температура.
Следовательно, на pv - диаграмме изотерма является равнобокой гиперболой (рисунке 1).
|
а) |
б) |
Риcунок 1- Изотермный процесс: a) - на pv - диаграмме;
6) - на sT- диаграмме
Из уравнения изотермы следует закон Бойля-Мариотта: так как внутренняя энергия и энтальпия являются однозначными функциями температуры (du= сvdT, dh= cp dT) то изотермный процесс идеального газа одновременно является процессом при постоянной внутренней анергии (du= 0) и постоянной энтальпии (dh= 0).
Из первого закона термодинамики:
dq= du + dl; т.к. du= 0 при Т = const, то dq= dl,
где dq - изменение удельной теплоты; du - изменение внутренней энергии; dl - изменение удельной работы.
Следовательно, все сообщенное газу количество теплоты в изотермном процессе затрачивается на совершение внешней работы:
l = 
pdv =
RT(dv/v) = RT ln(v2/v1)
Следовательно,
q = l = RTln(v2/v1) = RTln(p1/p2). (2)
Располагаемая работа l0 изотермического процесса на pv- диаграмме численно равна площади 1'122' , поэтому:
l0 = p1 v1 + l - p2 v2
C учетом уравнения (1):
l0 =l = RTln(p1/p2).
На sT -диаграмме изотермный процесс изображается горизонтальной прямой 1-2 (рисунок 1,б). Площадь под процессом численно равна теплообмену рабочего тела с внешней средой и совершенной в процессе работы:
q= l= Т (S2 – S1),
где S2, S1 - энтропия конечная и начальная соответственно. Тогда в соответствии с уравнением (2) изменение энтропии в изотермном процессе будет:
DST = S2 – S1 = Rln(v2/v1) = Rln(p1/p2). (3)
Полученное соотношение показывает, что расстояния между изобарами р2 = const и p1 = const, так же как и между изохорами v2 = const и v1 = const, по оси абсцисс на sT - диаграмме не зависят от температуры, а зависят лишь от соотношения давлений p1/ р2 или объемов v2/v1.
По мере увеличения давлений изобара приближается к оси ординат, так как DST < 0 при р2 > p1 . Изохоры по мере увеличения объема, наоборот, удаляются от оси ординат, так как DST > 0 при v2 > v1 .
Удельная теплоемкость изотермного процесса не может быть определена из общего соотношения с = dq/dT. Так как при изотермном процессе dq ¹0, a dT = 0 то с = ± ¥. Следовательно, определить количество теплоты, подведенное к рабочему телу в изотермном процессе, с помощью удельной теплоемкости невозможно.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
