Лабораторная работа № 4 Определение теплоемкости и теплоты парообразования воды

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Прямое определение теплоемкости и теплоты парообразования воды методом электрического нагрева.

Приборы и оборудование: Лабораторный комплект ЛКТ-3, включающий измерительную систему ИСТ-2М, приборный блок, печь-термостат, тигель, измерительная мензурка, вода

Ход выполнения работы:

1. Получите от преподавателя значение мощности нагрева W₁ (рекомендуемая мощность W₁ =25-30 ватт) для нагрева системы (тигель+печь), а также мощности W₂ (рекомендуемая мощность W₂ =30-35 ватт) для нахождения теплоемкости и теплоты парообразования воды

2. Нанесите на подошву пустого тигля каплю глицерина (для теплового контакта) и установите его на плите.

3. Наденьте на тигель теплоизолирующий кожух.

4. Прижмите кожух к плите стержнем с пружинами

5. Методом однократного нагрева с мощностью W₁ с шагом по температуре 10С с нагревом от 40С до 100С снимите данные для печи с установленным на нее пустым тиглем, закрытым термоизолирующим колпачком и заполните таблицу 1.

Внимание!!. Мощность тепловых потерь и теплоемкость системы (печь + тигель) можно (для данного лабораторного комплекта !!) взять из данных и юстировочного графика W^’(T), полученного в лабораторной работе N1.

6. определите теплоемкость системы (печь + тигель) по формуле:

1)

7. вычислить среднюю теплоемкость системы (печь + тигель) по формуле:

8. , где N-число измерений C₀

9. Охладите тигель до ~30C и с помощью мерной мензурки налейте в него фиксированный объем в 10-15 мл. воды комнатной температуры

10. Наденьте на тигель теплоизолирующий кожух.

11. Прижмите кожух к плите стержнем с пружинами (если есть)

Таблица 1 (Пример). Измеренные и вычисленные показания времени нагрева, тока, напряжения, мощности, теплоемкости тигля и мощности тепловых потерь

Время нагрева t1 (сек)	Температура Ti	Ток нагрева I1 (мА)	Напряжение U1 (В)	Мощность нагрева W1 (Вт)	Мощность потерь W’ (Вт)	Теплоемкость (тигель+печь) С0 (дж/К)
0	41	1253	13,00	25,28	------	---------
87	51	1240	12,89	25,07	3,33	70,3
108	60.5	1247	12,93	25,13	4,63	70,15
137	100,3	1247	12,93	25,13	4,63	70,15

12. Методом однократного нагрева с мощностью W₂ с шагом по температуре 10С с нагревом от 40С до 100С снимите данные для печи с установленным на нее тиглем с водой, закрытым термоизолирующим колпачком и заполните таблицу 2. При этом мощность тепловых потерь также необходимо взять из юстировочного графика W^’(T) из лабораторной работы N1.

Таблица 2 (Пример). Измеренные и вычисленные показания времени нагрева, тока, напряжения, мощности , теплоемкости воды и мощности тепловых потерь

Время нагрева t1 (сек)	Температура Ti	Ток нагрева I2 (мА)	Напряжение U2 (В)	Мощность нагрева W2 (Вт)	Мощность потерь W’ (Вт)	Теплоемкость (вода) Своды (дж/К)
0	41	1253	13,00	35,28	------	---------
87	51	1240	12,89	35,07	3,33	170,3
108	60.5	1247	12,93	35,13	4,63	170,15
137	100,3	1247	12,93	35,13	4,63	170,15

13. Теплоемкость воды для каждой температуры вычислить по формуле:

2)

где -температура на шаге i , - время на шаге i

14. вычислить среднюю теплоемкость воды по формуле:

15. , где N-число измерений C_воды

16. Вычислите удельную теплоемкость воды по формуле

17. Начните отсчет времени t₀, когда вода в тигле начинает кипеть

18. Дождитесь конца кипения (вода в этот момент должна выкипеть) и остановите отсчет времени в момент t_final

19. Вычислите удельную теплоту парообразования воды по формуле

, где -масса испарившейся воды

20. Сравните полученные данные и с табличными данными и сделайте выводы

ПРИМЕЧАНИЯ.

Показания термометра ИСТ-2М при кипении воды могут отличаться на несколько градусов от 100С вследствие перепада температуры между печью и водой.

Измерения теплоемкости вблизи температуры кипения могут дать завышенный результат вследствие интенсивного испарения воды и потерь тепла на испарение

Вопросы:

1. Что такое теплота парообразования, удельная теплота парообразования?

2. Как происходит процесс кипения воды? От чего зависит?

3. Какой пар называют влажным? Какой пар называют сухим насыщенным? Что такое степень сухости?

4. Какой пар называют перегретым? Что выражает собою степень перегрева перегретого пара?

5. Нарисуйте схематично зависимость энтропии от времени при нагреве и испарении воды

6. Что такое перегретая жидкость? Переохлажденный пар?

7. Запишите уравнение Ван-Дер-Ваальса и объясните смысл его параметров.

8. Нарисуйте изотермы Ван-Дер-Ваальса. Объясните смысл критических величин.

Задачи:

1. В установке воздушного отопления внешний воздух при t1 = – 15 °C нагревается в калорифере при p = const до 60 °C. Какое количество теплоты надо затратить для нагревания 1000 м3 наружного воздуха? Давление воздуха считать равным 755 мм рт. ст. Теплоемкость воздуха считать постоянной.

2. Уходящие газы котельной установки проходят через воздухоподогреватель. Начальная температура газов T_г1 = 300°C, конечная T_г2 =160°C; расход газов равен (910) кг/ч. Начальная температура воздуха составляет T_в1 = 15 °C, а расход его равен (810) кг/ч. Определить температуру нагретого воздуха T_в2, если потери тепла в воздухоподогревателе составляет 4 %. Средние теплоемкости (С_pm) для газов и воздуха принять соответственно равными 1,0467 и 1,0048 кДж/(кгּ К).

3. В идеально охлаждаемом компрессоре происходит изотермическое сжатие углекислого газа. В компрессор поступает (710) м³/ч газа (приведенного к нормальным условиям) при p1 = 0,095 МПа и t1 = 47 °C. Давление за компрессором p2 = 0,8 МПа. Найти теоретическую мощность приводного двигателя N₀ (кВт) и теоретический расход M_в охлаждающей компрессор воды (в кг/ч), если она нагревается в системе охлаждения на Δt = 15 °C.

4. Воздух в компрессоре сжимается по политропе (n = 1,25) от 1 до 8 бар; начальная температура воздуха (6) °C. После сжатия воздух проходит через холодильник, охлаждаемый холодной водой, начальная температура которой t1 = 10 °C, а конечная равна t2 = 18 °C. Определить часовой расход охлаждающей воды, если производительность компрессора 1000 M_н³/ч при нормальных физических условиях, а воздух в холодильнике изобарно охлаждается до 30 °C.