Средней изобарной теплоёмкости воздуха

Методика выполнения опытов следующая:

– после ознакомления с установкой измеряем температуру воздуха на входе в калорифер. Для этого включаем установку и, не включая нагреватель калорифера, ожидаем установления постоянства температуры воздуха на выходе из калорифера (измеряется термометром t₂). В начале опыта эта температура будет быстро увеличиваться вследствие нагрева воздуха при его сжатии в вентиляторе. Со временем температура стабилизируется, т.е. установится первый стационарный режим работы установки. Эту температуру принимаем в качестве начальной температуры воздуха, нагнетаемого в калорифер (t₁). Записываем это значение в соответствующую колонку таблицы опытных данных;

– подаём на нагреватель калорифера при помощи автотрансформатора напряжение 90-120 В. Ожидаем установления постоянства температуры воздуха t₂ на выходе из калорифера, то есть второго стационарного режима;

– при непосредственном проведении опыта одновременно измеряем и записываем значение температуры воздуха на выходе из калориметра t₂ и показания газового расходомера (две цифры до запятой и две после по его шкале) в начале и конце опыта (через 180 сек.);

– записываем в таблицу 6.2 показания счетчика и усреднённое значение температуры воздуха после калориметра (t₂) (полусумма соответствующих значений в начале и конце опыта), а также атмосферное давление.

Таблица 6.2

Значения величин, измеряемых в опыте

Номер опыта	Показания амперметра и вольтметра		Данные для расчета расхода воздуха			Температура воздуха в калорифере, 0С		Атмосферное давление
	U, B	I, A	показания газового счетчика в опыте		время между замерами , с	при входе t1	при выходе t2	ратм = мм рт. ст. = Па
			начале	конце
1
2
3
4
5

Обработка результатов измерений:

– рассчитываем значение средней объемной изобарной теплоемкости воздуха в заданном интервале температур(t_1,…,t₂) в кДж/(нм³ ·к)

(6.7)

где Q = U·I·x·10^-3, кВт (то есть кДж/с) − тепловая нагрузка калорифера в единицу времени (количество теплоты, выделяющейся в проводнике нагревателя при прохождении тока);

х = 0,87 − доля теплоты, идущей на нагрев воздуха;

− объёмный расход воздуха через калорифер, приведенный к нормальным условиям (р₀ = 760 мм рт. ст. или 1,01325·10⁵ Па; t₀ = 0 °С или Т₀ = 273,15 К);

− объёмный расход воздуха, проходящего через расходомер при температуре t₂;

τ − продолжительность опыта (обычно 180 сек.).

– рассчитываем значение средней массовой изобарной теплоемкости воздуха в заданном интервале температур (t₂-t₁) в кДж/(нм³·К)

,

где ρ_н = р₀/RT₀, кг/нм³ − плотность воздуха при нормальных условиях (р₀ подставляется в Па и Т₀ − в Кельвинах; R = 287,1 Дж/(кг·К))

– рассчитываем опытное значение средней мольной теплоемкости воздуха в заданном интервале температур (t_1…t₂) ср, кДж/(кмоль·К)

где μ_в =28,96 − кажущаяся молекулярная масса воздуха, кг/кМоль.

– рассчитываем табличное значение средней мольной изобарной теплоемкости воздуха в интервале температур проведения опыта (t_1…t₂), ккал/(кмоль·К) по уравнению

,

где t_ср = (t₁ + t₂)/2 − среднее значение температуры воздуха в опыте.

– определяем относительную погрешность опытного значения средней мольной изобарной теплоемкости воздуха по сравнению с расчётным значением

.

Перед сопоставлением необходимо согласовать размерности опытного и расчётного значений с_р (то есть. учесть, что 1 ккал = 4,1868 кДж).