Отчёт о работе

Отчет о работе должен содержать:

1. Рабочий протокол, подписанный преподавателем.

2. Принципиальную схему установки и комментарии к ней.

3. p,t - диаграмму с нанесенными на неё: кривой насыщения, экспериментальными точками по результатам измерений, двумя изохорами, построенными, как результат аппроксимации результатов измерений, другие построения, связанные с обработкой экспериментальных данных (графические построения допускается выполнить с использованием компьютерных программ).

4. Результаты обработки экспериментальных данных пп. 2 – 4 (расчёт для двух изохор).

5. Результаты обработки экспериментальных данных пп. 5 - 7 (индивидуальные задания).

6. Расчет неопределённости найденного в п.2 значения удельного объема (индивидуальное задание п.8).

Вопросы для самопроверки

При защите лабораторной работы студент должен знать:

1. Экспериментальную установку и методику обработки экспериментальной информации.

2. Как определять состояние вещества (жидкость, кипящая жидкость, влажный пар, сухой насыщенный пар, перегретый пар) по двум независимым переменным (например: p и T, p и v, T и s и т.п.), пользуясь таблицами термодинамических свойств этого вещества, например, [8].

3. Как рассчитать теплоту изохорного процесса реального газа и уметь изображать изохоры в p,T- , p,v- , T,s- и h,s- диаграммах реального газа.

4. Выражения:

а) первого закона термодинамики в общем виде, для равновесных процессов и для потока вещества;

б) второго закона термодинамики для обратимых и необратимых процессов;

в) термического уравнения состояния реального газа (в общем виде), уравнения Ван-дер-Ваальса и уравнение состояния идеального газа;

г) калорического уравнения состояния реального и идеального газа (в общем виде).

5. Как изображаются в p,T- и p,v- диаграммах линии фазового перехода и пограничные кривые, как располагаются в этих диаграммах однофазные и двухфазные области (включая область твёрдого тела) и характерные точки.

5.3. Лабораторная работа №4 Определение изобарной теплоемкости и термодинамических свойств воздуха Введение

Целью работы является практическое усвоение студентами методов расчетно-экспериментального определения термодинамических свойств веществ при низких давлениях на примере атмосферного воздуха, основными компонентами которого являются сухой воздух (газовая смесь N₂, O₂, СО₂, Ar) и водяной пар (Н₂О). В работе измеряется удельная изобарная теплоемкость воздуха с_р методом проточного калориметра. В этом методе проходящий через проточный кало­риметр газ нагревают расположенным внутри него электрическим нагревателем от температуры Т₁ до температуры Т₂ = Т₁ + Т. В стационарном режиме те­чения измеряют расход газа m, количество подведенной от нагревателя теплоты Q и повышение температуры газа Т.

Расчетную формулу для определения удельной изобарной теплоемкости с_p получают из уравнения первого закона термодинамики для одномерного стационарного потока массы [1, 2]:

Q = m(h2−h1) + m(w22−w12)/2 + mg(x2−x1) + Lтехн

(5.3.1)

где h₁, h₂, w₁, w₂, x₁, x₂ – удельные энтальпии, скорость и высота потока воздуха, соответственно на входе в калориметр и на выходе из него, g − ускорение свободного падения, L_техн − техническая работа.

Применительно к условиям работы проточного калориметра последние три слагаемые в уравнении (5.3.1) можно опустить, так как в калориметре техническая работа L_техн не совершается, разность высот (х₂ – х₁) мала, а скорости газа w₁ и w₂ незначительно отличаются друг от друга. Таким образом, для проточного калориметра уравнение (5.3.1) упрощается

Q = m (h2 − h1)

(5.3.2)

Если пренебречь потерями теплоты в окружающую среду и считать, что вся теплота электрического нагревателя подводится к потоку газа, то подводимая к газу за 1 секунду теплота Q в уравнении (5.3. 2) равна мощности электрического нагревателя W_эл, которая определяется по известным силе тока I и падению напряжения U на нагревателе:

Qτ = Wэл = IU

(5.3.3)

При атмосферном давлении и комнатной температуре воздух по своим свойствам близок к идеальному газу и поэтому разность удельных энтальпий можно представить как

h2−h1 = ср(Т2−Т1)

(5.3.4)

Подставляя (5.3.3) и (5.3.4) в (5.3.2), получаем

ср = IU/(m Т)

(5.3.5)

Рассчитанная таким образом удельная изобарная теплоемкость является средней в интервале температур от Т₁ до Т₂.