Описание экспериментальной установки
Установка состоит из стеклянной колбы с водой 1, в которой создается разрежение (см. рис. 3.). Колба укреплена на штативе 4. Нагрев осуществляется при помощи электроплитки 2. Разрежение в колбе достигается при помощи вакуумного насоса 8, приводимого в действие электродвигателем 9. Для того, чтобы пары воды не попадали в насос, предусмотрен конденсатор 6. Разрежение в колбе измеряется с помощью вакуумметра 5, а температура воды – термометром 3.
Рис.3. Схема лабораторной установки.
В качестве термометра используется термопара группы хромель-копель, размешённая в чехле из нержавеющей стали (датчик температуры «Овен» ДТПL104-00.400/3.К), подключённая к регистрирующему и регулирующему прибору ТРМ210-Щ1.ТР, имеющему выход на твердотельное реле, подключённое к электрическому нагревателю. ТРМ-210-Щ1.ТР обеспечивает передачу сигнала через интерфейс RS-485 и адаптер связи АС-4 на USB вход компьютера и автоматическое регулирование температуры в сосуде 1 путём изменения мощности нагревателя 5.
Рис.4. Функциональная схема стенда.
От точности измерения и регулирования температуры зависит конечный результат работы – вид графика зависимости температуры кипения воды от давления и согласованность полученных результатов со справочными табличными данными.
Краник 7 служит для сообщения колбы 1 с атмосферой. Краник 10 предназначен для сохранения достигнутого вакуума в случае отключения вакуумного насоса. Функциональная схема стенда, демонстрирующая связь измерительных приборов с компьютером, представлена на рис.4.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:
В колбу 1 наливают воду и плотно закрывают резиновой пробкой с укрепленным в ней термометром 3. Включают электрическую плитку 2 и производят нагрев до заданной температуры.
Когда температура достигнет величины, заданной преподавателем, закрывают краник 7, открывают краник 10 и включают вакуумный насос. Разрежение создают до тех пор, пока вода не закипит.
Когда вода начинает кипеть, закрывают краник 10 и отключают вакуумный насос. За счет неплотностей разрежение в колбе 1 падает. В момент прекращения кипения воды замеряют показания вакуумметра 5 и термометра. Полученные данные записывают в таблицу наблюдений, которая одновременно является и таблицей результатов работы.
После того, как произведены замеры разрежения и температуры, краник 7 открывается, продолжается нагрев до следующей заданной температуры и т. д.
После того, как будет подсчитано абсолютное давление в «ата», по таблицам «Термодинамические свойства воды и водяного пара» определяют температуру кипения воды при соответствующем давлении и находят разницу между опытным и табличным значениями температуры кипения воды.
На основании полученных данных строят кривую зависимости опытной температуры кипения воды от давления ниже атмосферного (абсолютного).
Для характеристики точности выполнения работы вместе с опытной кривой на графике необходимо построить теоретическую кривую, используя для этого табличные данные.
Результаты экспериментальных данных записываются в таблицу.
Таблица 1. Результаты наблюдений
№№ опытов |
Вакуумет-рическое давление, мм рт. ст |
Баромет-рическое давление, мм рт. ст |
Абсолютное давление |
Опытная температура кипения воды t0, 0C |
Температура кипения по таблицам tт,0C |
Расхождение между опыт. и табл.тем-пературой Δt,0C |
|
мм рт. ст |
ата |
||||||
… |
|
|
|
|
|
|
|