2. Описание лабораторного стенда

В работе для определения теплоёмкости воздуха используется метод проточного калориметра. Схема лабораторной установки представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема лабораторного стенда: 1 – вентилятор; 2 – труба калориметра; 3 – тепловая изоляция; 4 – электрический нагреватель; 5 – регулятор

напряжения; 6 – ваттметр; 7 – термопары; 8 – переключатель термопар;

9 – прибор для измерения ТЭДС; 10 – регулятор расхода; 11 – ротаметр

Воздух с помощью вентилятора 1 подается в калориметр, представляющий собой трубу 2 из материала с малой теплопроводностью и наружной тепловой изоляцией 3, необходимой для предотвращения тепловых потерь в окружающую среду. Внутри калориметра находится электрический нагреватель 4. Питание нагревателя осуществляется от сети переменного тока через регулятор напряжения 5. Мощность электрического нагревателя измеряется ваттметром 6. Для измерения температуры воздуха на входе в калориметр и выходе из него используются термопары 7, подключаемые через переключатель 8 к прибору для измерения термо-ЭДС 9. Расход воздуха через калориметр изменяется регулятором 10 и измеряется с помощью поплавкового ротаметра 11.

3. Порядок выполнения работы

1. Получить исходные данные и разрешение руководителя на выполнение работы.

2. Включить вентилятор и установить заданный расход воздуха.

3. Установить заданное значение мощности электрического нагревателя.

4. После установления стационарного температурного режима (контролируется по показаниям температурного датчика на выходе из калориметра) выполняется измерение температуры воздуха на входе и выходе из калориметра, расхода воздуха и мощности нагревателя. Результаты измерений заносятся в таблицу опытных данных (табл. 1).

Таблица 1

Номер режима	Мощность ваттметра W, Вт	Температура на входе в калориметр, T1		Температура на выходе из калориметра, T2		Показания расходомера
		С	К	С	К	Дел. шкалы	м3/с
1 2 3

5. Устанавливается новый температурный режим и проводятся повторные измерения. Измерения необходимо выполнить при 2-х, 3-х разных режимах.

6. После окончания измерений привести все регулирующие органы в исходное состояние и выключить установку.

4. Обработка результатов измерения

4.1. По результатам измерений определяется значение средней объёмной изобарной теплоёмкости воздуха:

, (6)

где Q = W – количество теплоты, подведенной к воздуху в калориметре, Вт, принимается равным значению электрической мощности нагревателя;

Т₁, Т₂ – соответственно, температура воздуха на входе в калориметр и выходе из него, К;

V₀ – объёмный расход воздуха через калориметр, приведенный к нормальным физическим условиям, м³/с;

Для приведения расхода воздуха через калориметр к нормальным условиям используют уравнение состояния идеального газа, записанное для нормальных физических условий и условий опыта:

, (7)

где в левой части параметры воздуха на входе в калориметр, а в правой – при нормальных физических условиях.

После нахождения значений С´_рт, соответствующих каждому из n исследованных режимов, определяется значение , которое принимается за оценку экспериментального значения теплоемкости воздуха и используется в дальнейших расчетах.

2. По формуле (2) определяются значения средней массовой и молярной изобарной теплоёмкости воздуха.

3. По формуле Майера (5) рассчитываются значения средней массовой, объёмной и молярной изохорной теплоёмкости воздуха.

4. Определяется энтальпия воздуха при температуре Т₂ на выходе из калориметра:

, кДж/кг. (8)

2. Определяется показатель адиабаты для воздуха на основе соотношения

. (9)

2. Полученные значения изобарной и изохорной теплоёмкости сравнить с табличными значениями (см. прил.) и дать оценку точности полученных экспериментальных данных.

3. Результаты занести в табл. 2.

Таблица 2

Способ определения	Теплоемкость воздуха
	Cpт	Cpт	C´pт	Cvт	Cvт	C´vт
Экспериментальный Расчетный Табличный Расхождение, %