2 Експериментальні дослідження термодинамічних процесів і властивостей речовин

Лабораторна робота № 1

Визначення ізобарної теплоємності повітря

Мета: Скласти методику експерименту і визначити ізобарну теплоємність повітря.

Для визначення теплоємності повітря використовують проточний калориметр 3 (Рис.1.1). Для зменшення теплових втрат в навколишнє середовище калориметр ретельно теплоізольований.

Всередині калориметра розташовано нагрівник 1, за допомогою якого здійснюється підведення теплоти до потоку повітря. Потужність нагрівника регулюється трансформатором 4 і контролюється електроприладами 5 і 6. Витрата повітря через калориметр забезпечується вентилятором 9. Температури повітря на вході в калориметр і на виході з нього вимірюються за допомогою термопар 10 і 11, які підключені до потенціометра 2. Витрата повітря вимірюється за допомогою діафрагми 8, яка створює перепад h у дифманометрі 7.

Рисунок 1.1 - Схема лабораторної установки

Обробка результатів

Об’ємна витрата повітря обчислюється за формулою, м³/год:

V = 0,0125d²(hv_д)^0,5 (1.1)

де:  - коефіцієнт витрати діафрагми; d – діаметр діафрагми, мм; h – перепад тиску на діафрагмі, мм.вод.ст; v_д – питомий об’єм повітря за умовами досліду, який визначається, м³/кг:

v_д = 0,7734760Т_д/(293В) (1.2)

де В – барометричний тиск, мм.рт.ст., Т_д –абсолютна температура повітря на вході в калориметр, К.

Досліди проводять таким чином. Вмикають вентилятор і встановлюють за допомогою трансформатора вказану викладачем потужність електронагрівника. Покази всіх приладів записують в журнал спостережень 1.1 лише після досягнення усталеного режиму, який визначається незмінними показами термопари 11. Експерименти проводяться при різних потужностях електронагрівника і різних витратах повітря.

За показами вольтметра і амперметра визначають теплоту, яку віддає електронагрівник в калориметрі за годину:

Q = UI360010^-3 кДжгод (1.3)

Об’ємну теплоємність повітря визначають з рівняння теплового балансу калориметра, приймаючи втрати через стінки рівними нулю:

Q = C^’_pVt (1.4)

де: С^’_р – об’ємна середня теплоємність повітря, кДж/(м³К), t – перепад температур на вході та виході з калориметра.

Далі визначають мольну і масову теплоємності.

Досліди проводять кілька разів. За результатами розрахунків будують графіки залежності масової, мольної і об’ємної теплоємностей від температури. Дослідні дані порівнюють з табличними і визначають похибку експерименту.

Журнал спостережень 1.1

№ досліду	Покази Електроприладів		Перепад тиску h, мм. вод. ст.	Барометричний тиск В, мм.рт.ст	Покази термопар, С		Різниця темпер. t, C
	I, A	U, B
1
2
3

Контрольні запитання

1. Що розуміють під істинною і середньою теплоємностями?

2. Які співвідношення між масовою, мольною і об’ємною теплоємностями?

3. Як відрізняються ізобарна та ізохорна теплоємності?

4. Як теплоємність тіл залежить від температури?

5. Чому в даній роботі не враховують втрати на нагрів калориметра і втрати через його стінки?

6. Чому С_v менша за С_Р ?

7. Як визначити середню теплоємність, якщо відома залежність істинної теплоємності від температури?

Лабораторна робота № 2