12_Laboratornaya_fizika

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Лабораторная работа №12

По дисциплине	ФИЗИКА
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема: Исследование эффекта Джоуля-Томпсона при адиабатическом истечении газа.

Вариант №6

Автор: студент гр. ЭРБ-18-1			________________	/_Сковородкин И.И.._/
			(подпись)
ОЦЕНКА: ___________
Дата: ________________
ПРОВЕРИЛ	ассистент		______________	/ Скалецкая И.Е. /
	(должность)		(подпись)	(Ф.И.О.)

Санкт-Петербург 2018 год

Цель работы:

1. определение изменения температуры углекислого газа при протекании через малопроницаемую перегородку при разных начальных значениях давления и температуры;

2. вычисление по результатам опытов коэффициентов Ван-дер-Ваальса "a" и "b"

Краткое теоретическое содержание:

Явление, лежащее в основе работы: эффект Джоуля-Томсона.

Определение основных физических понятий, объектов, процессов и величин:

Эффект Джоуля-Томсона - изменение температуры газа, медленно протекающего из области высокого в область низкого давления в условиях хорошей тепловой изоляции.

Адиабатический процесс - термодинамический процесс, который осуществляется в системе без теплообмена с внешним миром.

Идеальный газ – теоретическая модель газа, в которой между молекулами отсутствуют силы взаимного притяжения и сами молекулы принимаются за материальные точки.

Тепловое расширение - изменение размеров тела в процессе его нагревания.

Температура инверсии - повышение температуры воздуха с высотой в некотором слое атмосферы.

Критическая температура - температура, при которой исчезают различия физических свойствах между жидкостью и ее насыщенным паром.

a и b – константы Ван-дер-Ваальса, которые являются характеристикой каждого газа

Законы и соотношения, описывающие изучаемые процессы, на основании которых получены расчётные формулы:

Первый закон термодинамики – теплота, сообщаемая системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы и на совершение системой работы против внешних сил. Q=∆U+A, где Q – количество теплоты, Дж; U – внутренняя энергия, Дж; A – работы, Дж

Уравнение Менделеева-Клапейрона (идеального газа) – формула, устанавливающая зависимость между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой идеального газа, имеющая вид:

где P – давление [Па] V – объём [м^3] R – универсальная газовая постоянная,

R=8,31 [Дж/(моль∙К)] T – температура, [К]

Уравнение Ван-дер-Ваальса (реального газа) – формула, устанавливающая зависимость между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой реального газа при помощи коэффициентов Ван-дер-Ваальса, имеющая вид:

Поправка a ( ) – поправка, учитывающая силы притяжения между молекулами (давление на стенку уменьшается, т.к. есть силы, втягивающие молекулы приграничного слоя внутрь).

Поправка b — поправка, учитывающая силы отталкивания (из общего объёма вычитается объём, занимаемый молекулами).

Схема установки:

1. теплоизоляционная защит

2. каналы пористой перегородки

3. трубка с пористой перегородкой

4. пористая перегородка

5. теплообменник

6. магистраль

7. кран

8. редуктор

9. балон с газом

10. индикатор температуры воды

11. термопара

12. термостат

13. индикатор, отображающий дифференциальную температуру

14. пульт

15. дифференциальный термометр

16. манометр

Расчётные формулы:

1.Перепад давлений в теплоизолированной трубке:

, где - разность давлений, [ =Па, начальное давление, - атмосферное давление

2.Коэффициент Джоуля-Томсона:

где – коэффициент Джоуля –Томсона [C/Па]

- Разность температур [C]

a - постоянная Ван-дер-Ваальс [

R - универсальная газовая постоянная [Дж/(моль*К)]

b- постоянная Ван-дер-Ваальса [(м^3)/моль]

3.Температура инверсии:

Экспериментальные данные

Физ.величина		P		µ	a	b	Tинв	Tкр
Ед. изм.
Номер опыта
1	20	9,0	9,87	1,097	0.356	35,203
2		8,0	8,74	1,093
3		7,5	8,18	1,091
4		6,5	7,07	1,088
5		5	5,41	1,082
6	40	9,0	8,80	0,978
7		8,0	7,81	0,976
8		7,5	7,31	0,975
9		6,5	6,32	0,972
10		5,0	4,85	0,970
11	75	9,0	7,49	0,832
12		8,5	7,07	0,832
13		8,0	6,65	0,831
14		7,5	6,24	0,832
15		6,5	5,40	0,831

Погрешности

Прямые

;

Косвенные

Вывод

В ходе проведенной лабораторной работы было определено изменение температуры углекислого газа при протекании через малопроницаемую перегородку при разных начальных значениях давления и температуры; по результатам опытов определены коэффициенты Ван-дер-Ваальса.