3. Лабораторна установка

Рис. 1.1. Схема експериментальної установки

Установка складається з вентилятору 1, який обертається електродвигуном. Вентилятор подає повітря по повітроводу 2 на звужуючий пристрій, за допомогою якого визначається витрата повітря. Звужуючий пристрій складається з діафрагми 3, імпульсних трубок 4 та U-подібного дифманометру 5. Діафрагма являє собою диск з отвором, центр якого співпадає з центром диску та віссю повітроводу 2. У залежності від товщини диску діафрагму виготовляють або з кінцевим розширенням у бік виходу потоку, або без нього. Отвір з боку входу потоку має гостру кромку. Імпульсними трубками служать гумові шланги, які з’єднують отвори в повітроводі до та після діафрагми із скляними трубками дифманометру. Як U-подібний дифманометр використовується стандартний дифманометр ДТ-50. При русі повітря через місцевий опір – діафрагму на ній утворюється перепад тисків, який урівноважується висотою стовпа рідини в дифманометрі. Висота стовпа рідини h вимірюється по шкалі дифманометру. Чим більш витрата повітря, тим більш висота стовпа та навпаки.

Після звужуючого пристрою повітря надходить до проточного калориметру, який складається з труби 6 з діаметром, який дорівнює діаметру повітроводу, термометрів 7 та електропідігрівача 8. Початкова і кінцева температура повітря вимірюється термометрами, встановленими до і після електронагрівача по напрямку руху повітря. Напруга та сила струму на підігрівачі вимірюється амперметром та вольтметром. Потужність електронагрівача регулюється лабораторним автотрансформатором (ЛАТР) 9. Електронагрівач вмикається перемикачем 10.

4. Порядок виконання роботи

   1. Увімкнути вентилятор.

   2. Увімкнути перемикач 10, який подає напругу на електронагрівач.

   3. Поворотом ручки ЛАТРу встановити задану викладачем величину сили струму у мережі електронагрівача. Величина сили струму контролюється по амперметру.

   4. На протязі 10-15 хвилин відбувається підігрів повітря в установці. За даний час установка виходить на стаціонарний режим роботи, при якому показники термометрів не змінюються.

   5. У стаціонарному режимі роботи виміряти: напругу – по вольтметру, силу струму – по амперметру, температуру повітря до та після нагрівання – по термометрам, висоту урівноваженого стовпа рідини – по дифманометру. Результати вимірів записуються у таблицю 1.2.

   6. Після запису показань приладів ручкою ЛАТРу встановити інше значення сили струму, перечекати вихід на стаціонарний режим роботи, а потім зробити запис нових вимірювань. Дослід повторюється в інших умовах. Кількість дослідів встановлюється викладачем.

   7. Після проведення дослідів ручкою ЛАТРу знімається напруга у мережі нагрівача, вимикається перемикач 10 та через 5 хвилин вимикається вентилятор.

5. Обробка експериментальних даних

   1. Результати вимірів записуються у табл. 1.1.

Т а б л и ц я 1.1.

№ досліду	U,B	I,A	h, мм.вод.ст.	tп, оС	tk,oC
1 2 3

2. Кількість теплоти, яка підводиться до повітря у процесі, Вт

Q_e = U I  x

де х=0,9 – коефіцієнт втрати теплоти у навколишнє середовище.

3. Масова витрата повітря, кг/с

де А = 2,210^-4 – витратна характеристика повітропроводу;

 = 1000 кг/м³ – густина води у дифманометрі, кг/м³.

4. Масова ізобарна середня теплоємність, Дж/кгК

5. Масова ізохорна середня теплоємність визначається з рівняння Майєра, Дж/(кгК)

с_vm = c_pm - R

де R = 287 Дж/(кгК) - газова стала повітря.

5.6. Показник адіабати k = c_pm / с_vm.

5.7. Об’ємна ізобарна середня теплоємність, Дж/(м³К)

с’_pm = c_pm _в,

де _в = 1,293 кг/м³ – густина повітря, кг/м³.

5.8. Мольна ізобарна середня теплоємність, Дж/(кмольК)

c_рm = c_pm  22,4

де 22,4 м³/кмоль – об’єм одного кмоля повітря при нормальних умовах.

9. Об’ємна ізохорна середня та мольна ізохорна середня теплоємності

9. Розраховані значення теплоємностей заносять у табл. 1.2.

Т а б л и ц я 1.2 .

№ досліду	сpm	cpm	сpm	cvm	cvm	сvm
Од.вимір.	Дж/(кгК)	Дж/(м3К)	Дж/(кмольК)	Дж/(кгК)	Дж/(м3К)	Дж/(кмольК)
1 2 3

9. Робота ізобарного процесу, Дж/с

L = mR(t_k – t_п)

5.12. Зміна внутрішньої енергії, Дж/с

U =Q_e – L

13. Зміна ентальпії, Дж/с

І = c_pmm(t_k – t_п)

13. Зміна ентропії, Дж/(сК)

S = c_pmmlnT_k/T_п

13. Визначається похибка досліду, для чого проводиться порівняння експериментальної теплоємності повітря з табличним значенням теплоємності. Табличне значення теплоємності розраховується за інтерполяційною формулою

де кДж/(кгК) – табличне значення теплоємності при 100 ^оС.

кДж/(кгК) – табличне значення теплоємності при 0 ^оС.

t = 0,5(tп + tк) – середньоарифметична температура досліду.

Відносна похибка досліду

.

13. Результати розрахунків параметрів ізобарного процесу та відносної похибки заносяться у табл. 1.3.

Т а б л и ц я 1.3.

№ досліду	L	U	I	S	cpm
Од.вимір.	Дж/с	Дж/с	Дж/с	Дж/(сК)	%
1 2 3

17. Висновки по роботі – пишуться на основі порівняння табличної та експериментальної теплоємності.