Техническая термодинамика: Методические указания к лабораторным работам, страница 2

расчёты производят по итоговым формулам (2) и (3).

Таблица 1

№ опыта	Температура воздуха		Показа-ние ротаме-тра V1 л/мин	Показа-ние миллиам-перметра I мА	Показа-ние вольтмет-ра U В	Барометрическое давление P1 мм.рт.ст.	Примеча-ние
	На входе t1, С	На выходе T2, С
1	2	3	4	5	6	7	8

1.3 Обработка результатов измерений.

По опытным данным средняя объёмная теплоёмкость при постоянном давлении может быть найдена из уравнения теплового баланса калориметра в стационарном режиме

Q_н - Q_пот = Q_B,

Где теплота, выделяемая нагревателем Q_н = UI10^-3, КВт;

тепловые потери                 Q_пот=;

теплота, подводимая к воздуху Q_в= кВт.

В этих формулах:

 U – напряжение нагревателя, В;

I – сила тока нагревателя, А;

- средняя температура изоляции соответственно с внутренней и внешней её стороны, ⁰ С;

               - длина калориметра, м;

= _ _  - коэффициент теплоизводности теплоизоляционного материала;

d_1, d₂ – внутренний и внешний диаметры тепловой изоляции, м;

- средняя (в интервале температур t₁ и t₂) объёмная теплоёмкость воздуха при постоянном давлении, ;

(t₂ – t₁) – разность температур воздуха на выходе и входе калориметра,С;

V – расход воздуха через калориметр, приведенный к н. ф. у.

V=, нм³/с

Работа №2

Определение отношения теплоёмкости газа при постоянном давлении и постоянном объёме(К=).

Цель работы:Определение отношения теплоёмкостей С_р/С_v для воздуха по методу Клемона-Дезорма.

Введение.

Наиболее просто отношение теплоёмкостей С_р/С_v определяется для идеального газа, который подчиняется уравнению состояния _рV=RT. Если идеальный газ совершает адиабатический процесс, то параметры начального и конечного состояний связаны уравнением

^к       (1)

Логарифмируя это равенство и разрешая его относительно К, получим

К=        (2)

Показатель адиабаты К для идеального газа равен отношению теплоёмкостей при постоянном давлении и постоянном объёме

К=

  Методика проведения эксперимента на основе уравнения (2) достаточно сложна,так как трудно измерить непосредственно объём V₂ в конце адиабатного процесса.

  Измерение объёмов можно заменить измерениями давлений, что значительно проще. Рассмотрим комбинацию адиабатного расширения газа (1-2) с последующим изохорным процессом (2-3) (рис. 2). Если точки 1 и 3 лежат на одной изотерме (Т₁=Т₃), то

                                                 ,         но V₃=V₂

и, следовательно,                                           

                                               .

Подставив найденное отношение объёмов в (2), получим                                         К=

  Описанный метод был усовершенствован Рентгеном, который получил обширный экспериментальный материал для большинства идеальных газов при комнатной температуре.

2.1 Описание установки.

 

Установка состоит из сосуда 3 (рис. 3)с трёхходовым краном 2 и U-образного манометра 1. Заполнение сосуда воздухом производят компрессором 4. Избыточное давление в сосуде 3 замеряют U-образным манометром 1. Трёхходовый кран 2 позволяет соединять сосуд попеременно либо с компрессором 4, либо с атмосферой, либо совершенно отсоединять сосуд от источника сжатого воздуха и атмосферы.

 

1                                                                                                   2                              3                                                    

                                                                                                                                                                                               4

    H                                                                                                                                             В атмосферу

Рис.3. Схема установки

       2.2 Порядок проведения опыта.

С помощью компрессора нагнетают в сосуд воздух так, чтобы перепад уровней по манометру H₁ был порядка 300-500 мм H₂О. Создавать перепад давлений более 500 мм H₂О во время эксперимента не рекомендуется.

После заполнения сжатым воздухом сосуд запирают краном 2 и ждут, когда воздух в сосуде примет температуру окружающей среды. Равенство температур воздуха в сосуде и окружающей среде соответствует установившемуся перепаду давлений H₁ по манометру, (точка 1 на рис.2). Соеденив сосуд с атмосферой, осуществляют адиабатное расширение воздуха до атмосферного давления Р₂( процесс 1-2 рис. 2)

      В момент окончания адиабатного расширения, что соответствует нулевому перепаду давлений по манометру, быстро перекрывают кран, разобщая сосуд с атмосферой. Соответствующее состояние газа в сосуде изобразится точкой «2» на диаграмме  P-V(рис.2).

     Так как температура воздуха в сосуде в процессе адиабатного расширения падает, то в момент закрытия крана она будет ниже температуры окружающего воздуха. Воздух в закрытом сосуде будет нагреваться при постоянном объёме(процесс 2-3 на рис.2) за счёт теплообмена с окружающей средой. Процесс прекращается, когда температуры в помещении и сосуде станут равными, что соответствует усиановившемуся перепаду давлений H₂ по манометру ( на рис. 2 точки 3 и 1 лежат на одной изотерме Т₁=Т₃).   Опыт проводится 3 раза. Результаты измерений заносятся в табл. 2.

Таблица 2.