В ведение

Методические указания содержат 14 лабораторных работ, предназначенных для выполнения студентами инженерных специальностей. Каждая работа рассчитана на двухчасовое занятие.

Для получения допуска к работе необходимо ознакомится с целью, заданием, описанием лабораторной установки, рекомендуемой литературой, порядком выполнения опытов, оформить заготовку отчета, подготовить ответы на контрольные вопросы, отмеченные знаком (*).

Все измерения производятся трехкратно, при установившемся температурном режиме. Отчет по работе оформляется в соответствии с требованиями, указанными в разделе «Содержание отчета».

Приведенные в методических указаниях лабораторные работы разрабатывались и совершенствовались на протяжении ряда лет при участии многих преподавателей и лаборантов.

Лабораторная работа № 1

Исследование параметров воздуха с целью определения

показателя адиабаты

Цель работы: экспериментальное определение показателя адиабаты для воздуха, исследование состояния газа.

Задание для предварительной подготовки

1. Изучить настоящие методические указания и рекомендуемую литературу.

2. Подготовить ответы на контрольные вопросы 1...3.

3. Из уравнения Майера и уравнения (1.2) получить формулы для определения теплоемкостей С_p и С_v.

4. Разработать форму таблицы для результатов измерений и расчетов.

5. Оформить заготовку письменного отчета по лабораторной работе.

Общие сведения

Процесс изменения состояния газа, происходящий без теплообмена с окружающей средой (dq=0), называется адиабатным процессом. Адиабатный процесс может быть осуществлен как при наличии тепловой изоляции системы от окружающей среды, так и при малом времени протекания процесса. Уравнение адиабаты для идеального газа имеет вид:

, (1.1)

где p – абсолютное давление газа, Па; v – удельный объем газа, м³/кг; k – показатель адиабаты.

Величина показателя адиабаты зависит от количества степеней свободы молекул газа и равна отношению теплоемкостей при постоянном давлении и постоянном объеме.

, (1.2)

где С_p – удельная массовая теплоемкость при постоянном давлении, кДж/(кг К); C_v – удельная массовая теплоемкость при постоянном объеме, кДж /(кг К).

Показатель адиабаты может быть определен из уравнения (1.1), если известны давление и объем в начальном и конечном состоянии газа. После подстановки этих параметров в уравнение (1.1) и его логарифмирования расчетная формула примет вид:

, (1.3)

где p₁ и p₂ – давление в начальном и конечном состояниях газа, Па; v₁ и v₂ –удельные объемы, м³/кг.

Для определения показателя адиабаты осуществляется процесс 1-2 изменения состояния воздуха (рис.1.1). Температура воздуха в точке 1 равна температуре окружающей среды. При адиабатическом расширении температура в точке 2 становится ниже температуры окружающей среды.

Рис. 1.1 – Изменение состояния газа при определении показателя адиабаты k

Ввиду сложности экспериментального определения удельного объема газа в конце процесса расширения этот параметр из выражения (1.3) целесообразно исключить.

С этой целью после адиабатного процесса расширения воздуха осуществляется изохорный процесс нагревания воздуха 2-3 до температуры окружающей среды. Состояние газа в точке 3 характеризуется удельным объемом и давлением (v₃ и p₃). Температура газа в точках 1 и 3 одинаковая, поэтому, согласно закону Бойля-Мариотта

; . (1.4)

После подстановки выражения (1.4) в равенство (1.3) и замены удельного объема v₃ величиной v₂ (для изохорного процесса v₃ = v₂) получим:

. (1.5)

Натуральный логарифм можно разложить в ряд. Тогда, если р₁/p₂ и р₁/p₃ близки к 1, то после подстановки в (1.5) и отбрасывания членов, близких к нулю, получим

, (1.6)

где p₁, p₂, p₃ – давления воздуха в точках 1,2,3 (рис.1.1), Па.