Материал: Термодинамика. Методичка

м3

ну .

кмоль

Определение теплоемкости срт воздуха методом проточного калориметрирования

Теоретической основой метода является I закон термодинамики для потока. Расчетное уравнение для определения теплоемкости срт в таком калориметре может быть получено следующим образом. Запишем уравнение первого закона термодинамики для стационарного потока газа с параметрами в сечениях 1 на входе и 2 на выходе из канала:

где Q тепловой поток – количество теплоты, подведенной электронагревателем в единицу времени, Дж/с или Вт;

m массовый расход газа, кг/с; h – энтальпия газа, Дж/кг;

W – скорость газа, м/с;

g – ускорение свободного падения, м/с2;

y – координата сечений 1 и 2 канала по высоте, м.

В данном случае работой, затрачиваемой на изменение

так как скорости газа W1 и W2 мало отличаются друг от друга. Работа, затрачиваемая на изменение потенциальной энергии g y2 y1 , равна нулю, поскольку калориметр расположен го-

ризонтально y1 y2 .

Таким образом, уравнение (10) принимает вид:

Проинтегрировав известное выражение для идеального га-

за

В проточном калориметре (рис. 2) к потоку газа подводится теплота от электронагревателя и измеряются все величины, необходимые для расчета теплоемкости: расход газа, количество подведенной теплоты, температуры газа на входе в калориметр и на выходе из него.

Проведение опытов

1.Включить установку (рис. 2).

2.Установить заданные значения силы тока и расхода воздуха при помощи трансформаторов 5 и 8.

3.После включения установки, в которой исследуются тепловые процессы, требуется некоторое время, в течение которого происходит стабилизация измеряемых величин. Нестационарный период прогревания элементов установки постепенно сменяется стационарным и измеряемые величины становятся достоверными.

На графике стационарности (рис. 3) через каждые 2 мин

наносить показания милливольтметра е, мВ до наступления стационарного режима, при котором вся подводимая теплота идет на нагрев воздуха.

34

Рис.2. Схема экспериментальной установки:

1 – проточный калориметр, изготовленный из стекла; 2 – вакууммированная оболочка, предназначенная для уменьшения потерь тепла в окружающую среду; 3 – электронагреватель; 4 – дифференциальная термопара, 5,8 – лабораторные автотрансформаторы; 6 – стабилизатор напряжения; 7 – переключатель; 9

– милливольтметр; 10 – вольтметр; 11 – амперметр; 12 – вентилятор; 13 – ротаметр.

Рис.3. График стационарности.

35

где Прот. – показания ротаметра; V объемный расход – определяется по градуировочному графику; I – сила тока в электронагревателе – показания амперметра; Uэл –падение напряжения на электронагревателе – измеряется с помощью вольтметра; е – термо-э.д.с. – показания милливольтметра; t = t2 t1 изменение температуры газа в калориметре – определяется по градуировочному графику в зависимости от термо-э.д.с.; В – барометрическое давление, р – давление газа, равное атмосферному, т.е. барометрическому давлению, р=В.

Обработка опытных данных

1.Рассчитать значения теплоемкостей и некоторые характеристики процесса. Результаты занести в таблицу обработки опытных данных (таблица 3).

2.Определить теплоемкости сv и сp воздуха, используя молекулярно-кинетическую теорию газов (таблица 1) и соотношения (9).

Вычислить расхождения с экспериментальными данны-

ми:

схmэксп сх 100, %.

схmэксп

3.Рассчитать систематическую погрешность измерений при экспериментальном определении срт:

Подробно материал к этому пункту изложен в разделе «Оценка погрешности эксперимента».

36

37