Материал: Техническая термодинамика. Практические и лабораторные работы. Дубанин В.Ю., Наумов А.М
"Сеть" 3 5
А |
|
V |
Л |
|
4 |
1 |
2 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2.1. Схема лабораторной установки
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
Ознакомившись со схемой установки и ее элементами, заготовив протокол наблюдений (см. табл. 2.1), включают тумблер "Сеть", при этом должна загореться контрольная лампочка. Включить вентилятор, для чего включают тумблер "Вентилятор" и одновременно нажимают кнопку. Регулируя латром напряжение, установить режим нагрева воздуха, заданный преподавателем. После установления стационарного режима занести показания приборов в протокол наблюдений. Затем повторяют исследования при следующих режимах нагрева. Объемный расход воздуха через рабочий элемент определяют с помощью газового счетчика. Для этого засекают время одного оборота стрелки счетчика (за один оборот прокачивается 5 дм3 воздуха). По окончании работы установить латр в нулевое положение, отключить нагреватель, вентилятор и обесточить стенд.
40
|
|
|
|
|
Таблица 2.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t1 |
t2 |
J |
U |
Q |
|
|
С |
С |
А |
В |
Вт |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА
В работе определяется средняя объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении методом проточного калориметрирования. Суть метода заключается в том, что поток газа, протекающий через нагреватель, на выходе будет иметь большую температуру, чем на входе. При установившемся режиме работы установки расход воздуха в единицу времени, температура на входе в калориметр и количество подводимого к воздуху тепла остаются постоянными. Поэтому будет постоянной и температура воздуха на выходе из калориметра.
Газовый счетчик, установленный на входе в калориметр, измеряет объемный расход воздуха. Поэтому можно записать
Q Vнcop t2 t1 , |
(2.6) |
где t1, t2 – температура воздуха на входе и выходе из калориметра, С; Vн – объемный расход воздуха через калориметр, приведенный к нормальным условиям, м3/с; cор – средняя объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении, Дж/(м3 К); Q – количество теплоты подведенное к воздуху электронагревателем калориметра, Вт.
1. По показаниям амперметра и вольтметра определяют количество теплоты, подведенное к воздуху для каждого режима нагрева
41
Q IU, Вт |
(2.7) |
где – коэффициент, зависящий от температуры воздуха и определятся по графику (приложение 1), I – сила тока А, U – напряжение, В.
2. Определяют объемный расход воздуха через калориметр:
V |
5 10 3 |
3 |
|
|
, м /с |
(2.8) |
|
|
|||
t |
|
|
|
|
|
|
где – время одного оборота стрелки газового счетчика, с. 3. Объемный расход воздуха при нормальных условиях:
Р0 = 1,013 105 Па, Т0 = 273 К; Рt, Tt – давление и температура воздуха в реальных условиях (Tt = t1 + 273 K).
4.Из уравнения (2.6) определяют значение cор для каждого режима.
5.Определяют массовую, объемную и мольную теплоемкости при постоянном давлении для каждого режима:
c |
|
|
cop |
, |
c |
|
c |
|
R, |
c |
|
c |
|
, |
(2.9) |
p |
|
V |
p |
p |
p |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
где = 1,29 кг/м3 – плотность воздуха; R = 287 Дж/(кг К) – газовая постоянная для воздуха; = 29 кг/кмоль – молекулярный вес воздуха.
6. Определяют мольную и объемную теплоемкости при постоянном объеме для каждого режима
c v cv |
, cov cv . |
(2.10) |
42
7.По формуле (2.4) вычисляют величину показателя адиа-
баты.
8.Используя приложение 4, значения теплоемкостей сp, сc,
cop, cov, c p, c v в диапазоне температур от t1 (температура воздуха на входе в калориметр) до t2 (температура воздуха на выходе из калориметра) можно определить по формуле для каждого режима
c |
|
tt2 |
c |
|
0t2 |
t2 c |
|
0t1 t1 |
, |
(2.11) |
|
|
|
||||||||
|
||||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
1 |
|
|
|
t2 t1 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где ct0 – среднее значение теплоемкости в интервале темпера-
тур от 0 С до t С.
9. Абсолютную погрешность определяют по формуле для каждого режима
c |
|
экстабл |
|
cэкс cтабл |
|
, |
(2.12) |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
10. Относительная погрешность определяется по формуле для каждого режима
c |
|
табл |
|
|
|
c |
|
экстабл |
100% . |
(2.13) |
|
|
|
||||||||
|
||||||||||
|
|
|
|
|||||||
|
экс |
|
|
cтабл |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Результаты расчетов сводят в табл. 2.2.
43
Таблица 2.2
Протокол результатов
Способ опре- |
Мольная тепло- |
Массовая тепло- |
Объемная теп- |
||||||||||
|
деления теп- |
емкость |
|
емкость |
лоемкость |
||||||||
|
лоемкости |
кДж/кмоль·К |
кДж/кг К |
кДж/м3 К |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
с p |
с v |
сp |
|
сv |
сop |
сov |
Экспери- |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
менталь- |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
ный |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По табли- |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
цам |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
|
табл. |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
эксп. |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
|
эксптабл.. |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Дать определение удельной теплоемкости.
2.Определение массовой, объемной и мольной теплоемкости. Взаимосвязь между ними.
3.В каких единицах измеряются теплоемкости.
4.Что такое истинная теплоемкость?
5.Дать определение средней теплоемкости. Дать графическое представление в координатах q-t?
6.Написать уравнение количества теплоты через среднюю теплоемкость?
7.Чем отличаются теплоемкости идеальных и реальных
газов?
8.Что такое теплоемкость при постоянном объеме и теплоемкость при постоянном давлении?
44