Лабораторная работа № 2.

Изучение изотермического процесса.

Цель работы: экспериментально изучить изотермический процесс, рассчитать изменение функций состояния, теплоту и работу процесса.

Краткие теоретические сведения. Изотермическим называпется процесс, происходящий при постоянной температуре Т₁=Т₂= cjnst. Уравнение процесса P· V = сonst Р₁ V₁ = Р₂ V₂ (2-1)

Для удельного объёма v: Р₁v₁ = Р₁v₂ (2-2)

Рисунок 2.1. Изображение изотермы на диаграмме Р-V.

На рис.1.2. дана схема установки для изучения изотермического процесса. Процесс происходит при сжатии воздуха в полости аккумулятора АК2, стенки которого имеют водяное охлаждение.

Объем аккумулятора АК2 принят равным 0,01 м³ (10 л).

Параметры:

в начале процесса – ;

в конце процесса – м³ – объем сжатого воздуха .

Температура, при которой происходит процесс Т около ^2930К (20 ºС, комнатная т-ра).

Объем несжатого воздуха в начале процесса находим из уравнения процесса:

Р₁ · V₁ = Р₂ V₂ ; отсюда V₁ = (Р₂ / Р₁) V₂ (м³). (2-3)

При расчётах используются абсолютные значения давлений P= P^изб+ Р_атм

В начале процесса P^изб= 0 и Р₁ = Р_атм= 0,1 МПа = 100 КПа. Давление, создаваемое компрессором, является избыточным и измеряют его с помощью тензодатчиков и специальной электронной системы с цифровой индикацией.

Работа 1 кг воздуха (удельная работа по изменению объёма)

l = (R_μ·T) ·[ ln (P₂/P₁) ] (дж/кг) (2-4)

Удельная техническая работа: l^* = -Δi = (i₁- i₂) = γ•l = l, (2-5) так как γ=1

Масса воздуха: m = Р₂ V₂/(R_μ·T) (кг) (2-6)

Работа m (кг) воздуха (полная работа) в изотермическом процессе L = m l (Дж). (2-7)

Так как для изотермического процесса , то полное количество теплоты, которую необходимо отвести в течение процесса

δQ=dU+δL, Q = ∆U + L = L (Дж). (2-8)

Для удельных значений δq=du+δl, q= u + l = l

Эта теплота отводится с помощью системы охлаждения (см. рис. 2.2). Насос Н1 подаёт масло в рубашку охлаждения сосуда АК2.

Теплоёмкость в изотермическом процессе

с_т = δq/dT= ∞ (2-9)

Изменения энтальпии в изотермическом процессе не происходит Δi = 0.

Изменение энтропии

s = c_p·ln(T₂/T₁) - R_μ·ln(P₂/P₁) = R_μ·ln(P₂/P₁) = R_μ·ln(v₁/v₂) (дж/кг град) (2-10)

Полное изменение энтропии S = m·s .

Порядок выполнения работы

1. Перед началом работы открыть вентиль В2 – и «стравить» давление в емкости АК2 до атмосферного давления, затем закрыть вентиль В2 и проверить состояние вентиля В3 – должен быть открыт, проверить положение тумблера SA11 «Разрешение счета» - выключен (рычажок вниз). Рисунок 2.2. Схема установки.

2. Включить стенд автоматическим выключателем «СЕТЬ». Через несколько секунд на индикаторах Д1 – Д4 отобразятся показания, а на служебном индикаторе «Секундомер» высветится символ «L1».

3. Зафиксировать начальные показания датчика давления Д2 (давление в пневмоаккумуляторе АК2) и температуру с прибора «Измеритель температуры» (согласно его руководства установить вывод на индикацию с 2-го канала измерения).

4. Включить насос Н1 системы водяного охлаждения тумблером SA5 «Н1» - рычажок в положение «Вкл.».

5. Включить компрессор тумблером SA7 «К» - рычажок в положение «Вкл.» и затем установить тумблер SA3 «Р2» - рычажок в положение «Вкл.». Следить за показаниями измерителя температуры и стараться поддерживать ее постоянной – для чего в случае значительного ее повышения временно отключить тумблер SA3 «Р2» - рычажок в положение «Выкл.» до понижения ее до близкого к начальному значения. Затем вновь возобновить подачу воздуха в емкость АК2 включив установить тумблер SA3 «Р2» - рычажок в положение «Вкл.».

6. С заданным преподавателем интервалом по давлению снимать показания датчика давления Д2 в пневмоаккумуляторе АК2. По достижении давления в емкости АК2 0,55-0,6 МПа (оно является предельным допустимым рабочим давлением компрессора, см. руководство на компрессор) компрессор может отключиться автоматически.

Данные занести в таблицу 2.1.

7. Отключить компрессор.

8. По окончании эксперимента вентилем В2 «стравить» воздух из емкости АК2.

9. Отключить насос Н1 контура водяного охлаждения рычажок тумблера SA3 «Р2» - в положение «Выкл.». Отключить стенд автоматическим выключателем «СЕТЬ».

Таблица 2.1.

N n/n	Наименование физической величины	Номер опыта
		1	2	3	4
1	Давление атмосферное, Р0 кПа	100
2	Давление начальное Р1изб, кПа
3	Давление конечное Р2изб ,кПа
4	Температура комнатная Т0, 0К
5	Температура процесса сжатия Т, 0К
6	Объём сжатого воздуха V2 , м3	0,01
7	Масса m, кг
8	Объём несжатого воздуха, V1
9	Удельная работа l , кдж/кг
10	Полная работа L, кдж
11	Изменение удельной внутр.энергии ∆u, кдж/кг	0
12	Удельная теплота q , кдж/кг
13	Теплоёмкость ст
14	Изменение удельной энтальпии Δi = (i1- i2), кдж/кг	0
15	Изменение удельной энтропии ∆s , кдж/кг град

Рассчитать значения перечисленных в табл. 2.1 величин, характеризующих изотермический процесс, используя формулы (2-1)-(2-10). Данные занести в таблицу 2.1.Сделать выводы.

Контрольные вопросы.

1. Какой процесс называется изотермическим?

2. Каким образом в данной установке поддерживается постоянная температура воздуха в сосуде?

3. Чему равна теплоёмкость процесса?

4. Почему техническая работа в данном процессе равна работе по изменению объёма?

5. Какой линией изображается изотерма на диаграмме Р- V, T-S? (прямая, параболла, гипербола, эллипс) Почему?