12

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ и высшего образования РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра общей технической физики

Отчет по лабораторной работе №12

По дисциплине Физика

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема: исследование эффекта Джоуля-Томсона при адиабатическом истечении газа

Автор: студент гр. СПС-18 ______________ Спиридонова М.А.

(подпись) (Ф.И.О.)

ОЦЕНКА: _____________

Дата:

ПРОВЕРИЛ _доцент _____________ / Ломакина Е.С. /

(должность) (подпись) (Ф.И.О.)

Санкт-Петербург

2019

Цель работы: определить изменение температуры углекислого газа при протекании через малопроницаемую перегородку при разных начальных значениях давления и температуры; вычислить коэффициенты Ван-дер-Ваальса a и b по результатам эксперимента.

Явление изучаемый в работе – эффект Джоуля-Томсона

Определения:

Адиабатическое расширение – процесс расширения газа, при котором не происходит теплообмен с окружающей средой.

Теплообмен – процесс передачи тепла от более горячего тела к более холодному.

Реальный газ – газ, между молекулами которого действуют силы межмолекулярного взаимодействия, состоящие из сил притяжения и сил отталкивания.

Фазовые переходы – термодинамические процессы, приводящие к изменению агрегатного состояния вещества.

Законы и соотношения:

Уравнение Менделеева-Клайперона – формула зависимости между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой идеального газа.

Уравнение Ван-дер-Ваальса – формула зависимости между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой реального газа

Схема установки

Рисунок 1 – Схема установки

1-трубка

2-пористая перегородка

8-термостатический объём

9-змеевик

5-термопара

7а-индикатор пульта 7

4-дифференциальная термопара

6-индикатор

13-баллон

12-редуктор

10-кран

11-манометр

Основные расчетные формулы

• Формула температуры инверсии

, где

R-молярная газовая постоянная [R]=

а и b – постоянные Ван-дер-Ваальса [a]= , [b]=

• Формула критической температуры

, где

Ti-температура инверсии [Ti]= К

• Формула коэффициента Джоуля-Томсона

, где

C_p – молярная теплоемкость при постоянном давлении [C_p]= ;

R – молярная газовая постоянная [R]=

Погрешность прямых измерений

ΔΔp=0,05Мпа

ΔT=1^оС

ΔΔT=0,01^oC

Исходные данные

Углекислый газ

Таблица 1 – Результаты измерений и вычислений

20^оС=293 К

50^оС=323 К

80^оС=353 К

Зависимость прямая. Знак эффекта положительный, так как разность температур до и после пористой перегородки ниже нуля.

По углу наклона прямой

-при T=293K, µ=tg(a)=1,110⸱10^-5

-при Т=323К, µ=0,94⸱10^-5

-при Т=353К, µ=0,816⸱10^-5

Пример вычисления:

µ=

например, µ₁=

Используя формулу и экспериментальные данные, полученные при трех значениях температуры, определяем постоянные a и b для углекислого газа по двум парам температур: Т₁, ΔТ₁ и Т_2, ΔТ₂.

T₁=293 K, T₂=323 K, ΔT₁=9,87 K, ΔT₂=8,37 K, R=8,31 , C_p=41 , Δp=8⸱10⁵Па.

Погрешность косвенных измерений:

Окончательные результаты:

a=0,90±0,123

b=28,609⸱10^-5±156,053⸱10^-5

T_i=753,495±4258,320 K

T_k=111,629±628,102 K

Вывод:

Выполнив лабораторную работу на исследование эффекта Джоуля-Томсона при адиабатическом истечении углекичлового газа, эксперементально определил коэффициенты Ван-дер-Ваальса.

Сравнив полученные результаты с табличными видно, что:

- коэффициент a отличается от табличного значения на

-коэффициент b – на 568%

-T_i на 63% меньше Т_i = Т_{к табл}

-T_k на 63% меньше табличного значения

Из этого следует, что в данной лабораторной работе нельзя точно определить данные величины. Причина этому-погрешность измерительных приборов.