2. Методика

Определение изобарной теплоемкости воздуха осуществляется методом нагрева воздуха, движущегося в канале постоянного сечения практически при постоянном давлении.

Расчет теплоемкости ведется по формуле (4.17), которая применительно к потоку вещества записывается в виде:

, (4.18)

где Ф – тепловой поток от нагревателя к воздуху, Вт;

т_t – массовый расход воздуха, кг/с;

Т₁ и Т₂ – температуры воздуха соответственно на входе в калориметр и на выходе из него, К.

Пренебрегая потерями тепла через стенки калориметра, можно принять, что электрическая мощность нагревателя Р (замеряется ваттметром) равна тепловой мощности (тепловому потоку), т.е. Ф = Р.

Массовый расход воздуха определяется по формуле:

т_t =  · S, (4.19)

где  - плотность воздуха на входе в калориметр, кг/м³;

 - средняя скорость воздуха в трубе, м/с;

S – площадь поперечного сечения трубы, м².

Плотность воздуха на входе в труба принимается равной плотности воздуха в помещении и определяется из уравнения состояния:

 = р_о / (RT), (4.20)

где р_о – атмосферное давление, Па;

Т – температура воздуха перед нагревателем (принимается равной температуре в помещении), К;

R =287 Дж/(кг·К) – удельная газовая постоянная воздуха.

Поскольку скорость меняется по сечению трубы, а замеры скорости производятся по оси трубы, то средняя по сечению скорость определяется по формуле:

 = _о· _о, (4.21)

где _о – коэффициент осреднения скорости, определяется по графику (рис. 4.2) в зависимости от числа Рейнольдса:

Re = _о d /, (4.22)

где d – внутренний диаметр трубы, м;

 - коэффициент кинематической вязкости воздуха, м²/с.

осевая скорость потока определяется по замеренному динамическому давлению р_дин:

. (4.23)

Динамическое давление замеряется как разность полного и статического давлений и определяется по показаниям микроманометра l_дин:

Р_дин = 9,81· k · l_дин, (4.24)

где k – коэффициент микроманометра (учитывает угол наклона трубки и плотность пирта и служит для перевода показаний микроманометра в мм вод. ст.), указывается на дуге микроманометра;

9,81 – коэффициент перевода мм вод. ст. в Па.

3. Описание лабораторной установки

Измерение теплоемкости воздуха производится в стеклянном прочном калориметре 1 (рис. 4.2). Для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду калориметр окружен стеклянной оболочкой, воздух из пространства между калориметром и оболочкой удален. В калориметр вмонтирован электрический нагреватель 2, при помощи которого подводится теплота к воздуху. Мощность нагревателя регулируется реостатом 3 и замеряется ваттметром 4, постоянный расход воздуха через калориметр создается вакуумным насосом 5. Температура воздуха на входе в калориметр Т₁ и выходе из него Т₂ замеряется термометром 6. Динамическое давление замеряется с помощью трубок Пито (полного давления) 7 и пьезометра (статического давления) 8, которые подключены к микроманометру 9. Атмосферное давление определяется по барометру 10.

Рисунок 4.2 - Схема установки «Определение средней изобарной теплоемкости воздуха»