Материал: Техническая термодинамика. Практические и лабораторные работы. Дубанин В.Ю., Наумов А.М

Зная найденные параметры, определяем изменения внутренней энергии, значения работы расширения, изменение энтальпии и энтропии.

U h2 P2V2 h1 PV1 1 2920 3500 0,08

2650 5500 0,04 210 кДж ,

кг

l q U 410 210 200 кДж ,

кг

S S2 S1 6,4 5,7 0,7 кДж .

кг К

Рис. 1.6. Изотермический процесс расширения в PV, TS, hS-диаграммах

При изобарном расширении определяем h2, кДж/кг

Р2 Р1 5,5МПа,

ис помощью hS-диаграммы определяем V2, T2, S2

Определяем изменение внутренней энергии, энтальпии, энтропии и работы расширения в изобарном процессе.

h q 410 кДж ,

кг

U h2 P2V2 h1 PV1 1 3060 5500 0,05

2650 5500 0,04 355 кДж.

кг

S S2 S1 6,38 5,7 0,68 кДж ,

кг К

l P V2 V1 3500 0,05 0,04 55 кДж.

кг

Рис. 1.7. Изобарный процесс расширения в PV, TS, hS-диаграммах

36

2.ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

2.1.Лабораторная работа № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ ОБЪЕМНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ ВОЗДУХА ПРИ ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ Закрепление знаний по разделу "Теплоемкость газов" и

уяснение физического смысла теплоемкости, классификации видов теплоемкостей, связи между видами теплоемкостей и их размерности.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Количество теплоты, потребное для нагревания газа, зависит от количества нагреваемого газа и от того, на сколько градусов должна быть изменена его температура. Чем больше то и другое, тем больше потребное количество теплоты. Поэтому для характеристики тепловых свойств газа, как и всякого другого тела, пользуются особой величиной, которая называется теплоемкостью.

Теплоемкость тела – это количество тепла, которое нужно подвести к нему или отнять от него для изменения его температуры на один градус.

Количество тепла dQ, подведенное к газу в каком либо процессе, можно выражать через приращение температуры dT этого тела

где C – теплоемкость газа, Дж/К.

Обычно теплоемкость относят к некоторой количественной единице газа и называют удельной теплоемкостью. В за-

37

висимости от вида этой количественной единицы различают удельные теплоемкости:

массовую – c, Дж/кг К; объемную – c0, Дж/м3 К; мольную – c , Дж/моль К.

Связь между перечисленными теплоемкостями выражается следующими формулами:

где G – масса газа, кг; – плотность газа, кг/м3; – молекулярный вес кг/моль.

В различных процессах теплоемкость может принимать самые различные значения (от нуля до ), то есть, может быть любой положительной или отрицательной величиной. Кроме того, теплоемкость в реальных процессах не остается постоянной, а зависит от температуры и давления газа. Особую роль в термодинамике играют значения теплоемкости для двух наиболее хорошо изученных процессов – изобарного (Р = const) и изохорного (V = const).

Массовую теплоемкость тела для изобарного процесса обозначают через cp , а для изохорного – через cv . Соответст-

венно объемные теплоемкости обозначают через cop , cov и

мольные через c p , c v .

Все рассмотренные выше теплоемкости называют истинными теплоемкостями. Величина истинной теплоемкости для каждого состояния реального газа относится к бесконечно малому его значению. Значение каждой теплоемкости зависит не только от начального и конечного состояния тела, но и от характера процесса. Поэтому любая теплоемкость тела не является параметром его состояния.

38

Поскольку воздух при атмосферном давлении весьма близок к идеальному газу, то связь между теплоемкостями выражается формулой Майера

где R – газовая постоянная вещества.

Среднее значение показателя адиабаты для воздуха можно определить из выражения:

В теплотехнических расчетах часто пользуются средней теплоемкостью

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Принципиальная схема установки для исследования теплоемкости воздуха представлена на рис. 2.1.

Установка состоит из стеклянного проточного калориметра 1, в котором помещен электрический нагреватель 2. Мощность нагревателя регулируется ЛАТРом (Л) и измеряется с помощью амперметра (А) и вольтметра (V).

Подача воздуха осуществляется вентилятором 3. Температура воздуха на входе и выходе из калориметра измеряется термометрами 4. Измерение объемного расхода воздуха, протекающего через калориметр, производится газовым счетчиком 5.

39