1.5. Содержание отчета

1. Титульный лист.

2. Цель работы.

3. Принципиальная схема экспериментального стенда.

4. Таблица измерений с результатами замеров опытных данных.

5. Основные формулы, используемые при расчетах теплоемкости, с необходимыми пояснениями.

6. График зависимости истинного значения теплоемкости от температуры = f(t).

7. Сравнение полученных результатов с данными Приложения.

8. Выводы по работе.

1.6. Контрольные вопросы

1. Что называется теплоемкостью тела?

2. Что такое мольная, объемная и массовая теплоемкость? Связь между этими теплоемкостями.

3. Понятие средней и истинной теплоемкости единицы количества вещества. Написать соотношения для определения этих теплоемкостей.

4. Как определить изменение температуры тела массой M и удельной теплоемкостью с_v при известном количестве теплоты, полученном этим телом Q?

5. В какой степени теплоемкости с_P и с_v жидкостей зависят от давления?

6. Зависят ли теплоемкости с_P и с_v жидкостей от температуры?

7. Можно ли теоретически определить теплоемкость жидкостей?

8. Что такое удельная теплоемкость?

Лабораторная работа № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ УВЛАЖнЕНИЯ ВОЗДУХА В ПЕННОМ СЛОЕ

Цель работы − экспериментально определить изменение состояния влажного воздуха в процессах, протекающих в пенном слое.

2.1. ОБщие положения

Влажным воздухом называют смесь сухого воздуха и водяного пара. Смесь сухого воздуха и насыщенного водяного пара называется насыщенным влажным воздухом, сухого воздуха и перегретого водяного пара − ненасыщенным влажным воздухом. Температура, до которой нужно охладить ненасыщенный влажный воздух, чтобы находящийся в нем перегретый водяной пар стал насыщенным при данном парциальном давлении, называется точкой росы. Дальнейшее охлаждение влажного воздуха приводит к конденсации водяного пара с образованием тумана. Парциальным (собственным) давлением называют давление, которое имел бы компонент смеси (в данном случае сухого воздуха или водяного пара), если бы он занимал весь объем смеси и имел температуру смеси.

В технических расчетах можно принимать влажный воздух как смесь идеальных газов, подчиняющихся уравнению Менделеева–Клапейрона и законам идеальных газов. По закону Дальтона давление смеси газов равно сумме давлений его компонентов:

. (2.1)

Чем больше в смеси водяного пара, тем больше парциальное давление P_ВП. Максимальное значение P_ВП при данной температуре влажного воздуха соответствует давлению насыщения P_Н, которое зависит только от температуры и определяется по соответствующим таблицам.

Масса пара в 1 м³ влажного воздуха, численно равная плотности пара ρ_П при парциальном давлении P_ВП, называется абсолютной влажностью воздуха, Наибольшая плотность водяного пара ρ_Н достигается в насыщенном влажном воздухе при данной температуре.

Относительной влажностью воздуха φ называется отношение действительной абсолютной влажности воздуха ρ_П к максимально возмож­ной абсолютной влажности ρ_Н, при той же температуре:

 = ρ_П/ρ_Н. (2.2)

Но закону Бойля–Мариотта давление газа при постоянной тем­пературе изменяется пропорционально плотности, тогда относитель­ную влажность воздуха можно выразить через парциальное давление пара:

 = ρ_П /ρ_Н = P_ВП /P_Н . (2.3)

Так как 0 ≤ P_ВП ≤ P_Н, то 0 ≤ φ ≤ 1.

Отношение массы водяного пара М_П, содержащегося во влажном воздухе, к массе сухого М_В и воздуха смеси называется влагосодержанием воздуха d и измеряется в килограммах на килограмм или граммах на килограмм:

. (2.4)

Максимальная величина влагосодержания достигается при полном на­сыщении воздуха водяными парами (φ = 1).

Энтальпия влажного воздуха i определяется как энтальпия газовой смеси, состоящей из 1 кг сухого воздуха и d кг водяно­го пара:

, (2.5)

и с достаточной точностью может быть вычислена по формуле

, (2.6)

где t − температура влажного воздуха.

Энтальпией называют одну из энергетических характеристик термодинамической системы. Энтальпия равна сумме внутренней энергии газа U и работы, которую необходимо совершить, чтобы тело объемом v ввести в среду с давлением P:

.

Энтальпия является функцией состояния аналогично внутренней энергии. Энтальпия – аддитивная величина, т.е. зависит от массы тела.

Исследование термодинамических процессов и определение параметров влажного воздуха значительно упрощается при использовании i, d -диаграммы влажного воздуха (рис. 2.1).

По оси ординат диаграммы отложены значения энтальпии влажного воздуха i. Ось абсцисс со значениями влагосодержания d для лучшего использова­ния площади диаграммы проведена под углом 135° и на диаграмме не показана. Вместо нее из начала координат проведена

Рис. 2.1. i,d -диаграмма влажного воздуха

горизонтальная прямая линия, на которую спроектированы значения влагосодержания. На диаграмме нанесены линии постоянной энтальпии, идущие под уг­лом 135° к оси ординат, вертикальные линии постоянного влагосодержания, изотермы влажного воздуха и линии постоянной относи­тельной влажности воздуха. Кривая φ = 100 % характеризует состоя­ние влажного насыщенного воздуха и делит диаграмму на две части: верхнюю − область ненасыщенного влажного воздуха (рабочая область диаграммы) и нижнюю − область тумана (практического значения не имеет). В нижней части диаграммы построена линия парциального давления пара Р_П = f(d). Ось ординат для этого графика распо­ложена на диаграмме справа. Точка в i, d -диаграмме соответ­ствует определенному состоянию влажного воздуха, поэтому диаграм­ма позволяет по двум его известным параметрам найти значения ос­тальных. Процесс, совершаемый влажным воздухом, изображается на диаграмме линией. Так, например, в процессе сушки воздух с отно­сительной влажностью φ_А и температурой t_A (точка А) поступает в калорифер, где нагревается до температуры t_В (точка В), вследствие чего относительная влажность воздуха уменьшается до φ_В. Процесс в калорифере протекает при d = const (линия А − В). Рас­ход теплоты в калорифере на подогрев 1 кг воздуха равен разности энтальпии точек А и В (Δi = i_В – i_А). Нагретый воздух направляется в сушильную камеру, где засчет отдаваемой им теплоты проис­ходит высушивание материала − испарение из него влаги (линия В−С). Процесс сушки протекает при i = = const, так как пары испарившейся влаги поступают обратно во влажный воздух и возвращают тепло­ту, затраченную воздухом на испарение влаги. Разность влагосодержаний Δd = d_C – d_А равна количеству влаги, испарившейся в су­шильной камере.