- •Где n– количество газа в молях.
- •Объемная теплоемкость газов выражается через мольную, как
- •Аналитические зависимости для теплоемкостей Cv иCpполучают, используя уравнения для внутренней энергии и энтальпии:
- •После дифференцирования обеих частей уравнения (19) по времени получим
- •V. Методика обработки результатов экспериментов.
- •V. Определение погрешностей эксперимента
- •VII. Требования к отчету.
- •VIII. Контрольные вопросы.
После дифференцирования обеих частей уравнения (19) по времени получим
1/T · T/= -m = const.(20)
В правой части уравнения стоит выражение для относительной скорости изменения температуры, и оно равно постоянному значению m, не зависящему ни от координат, ни от времени.
Величина m измеряется в 1/сек и называется темпом охлаждения не зависит ни от координат, ни от времени и является величиной, постоянной для всех точек тела.
Темп охлаждения – характеризует относительную скорость изменения температуры в теле и зависит только от физических свойств тела, процесса охлаждения на его поверхности, геометрической формы и размеров тела. Темп охлаждения в стадии регулярного режима находится так
(lnT1–lnT2)/(T2–T1) = m = const.(21)
изменение внутренней энергии тела равно потоку теплоты
dQ = -c··v·(T/)·d, (22)
где С – удельная теплоемкость, Дж/кг·К;
v – объем тела, м3;
– плотность вещества, кг/м3;
Tv – средняя по объему избыточная температура, С;
– время, сек.
За тот же промежуток времени вся теплота должна быть отведена с поверхности тела в окружающую среду за счет теплоотдачи
dQ= ·Tf·F·d, (23)
где - среднее значение коэффициента теплоотдачи;
Tf– средняя температура поверхности тела в данный момент времени.
Приравнивая выражения (22) и (23), находим:
-Tv/=·F·Tf/(c··v)
и, разделив полученное выражение на Тvи учитывая, чтоc··v= С, Дж/К, полная теплоемкость тела
-1/T·Tv/=(Tf/Tv)··F/c. (24)
В левой части этого выражения стоит относительная скорость охлаждения m, 1/сек; и если отношениеTf/Tvобозначить, можно записать:
m= ··F/c (25)
Из данного уравнения следует, что относительная скорость охлаждения или иначе говоря темп охлаждения m– однородного и изотропного тела при конечном значении коэффициента теплоотдачипропорциональна коэффициенту теплоотдачи поверхности тела и обратно пропорциональна его теплоемкости. ( первая температура Кондратьева).
Учитывая это, тепловой поток, проходящий через среднее сечение тепломера, идет на разогрев испытуемого образца и ампулы, определяется по формуле:
QT= Q0+ Qa, (26)
Где Q0– тепловой поток, идущий на разогрев испытуемого образца, Вт;
Qa– тепловой поток, идущий на разогрев ампулы, Вт;
Тепловой поток, идущий на разогрев испытуемого образца, определяется по формуле
Q0= c·m0·b, (27)
Где с– удельная теплоемкость образца в Дж/кг·К;
m0– масса образца в кг;
b– скорость разогрева в к/сек.
Тепловой поток, идущий на разогрев ампулы, определяется по формуле:
Qа = Са·в, (28)
Где Са– полная теплоемкость ампулы в Дж/кг к.
0 величине теплового потока, проходящего через тепломер Qт, судят по величине перепада температуры на тепломере Кт и тепловой проводимости тепломера Кт, определяемой из зависимых градуировочных экспериментов:
Qт = Кт·Vт (29)
Параметр Кт= Кт (Т) является постоянной прибора и зависит только от температурного уровня. Расчетная формула теплоемкости имеет вид:
С = 1/m0 (Кт·Vт/в – Са) (30)
При малых перепадах температуры на тепломере можно перейти к измерению времени запаздывания температуры на тепломере, учитывая, что
= Vт/в, (31)
где т– время запаздывания температуры на тепломере в с.
Тогда рабочая расчетная формула примет вид:
С = Кт /m0 (т - т0), (32)
где т – время запаздывания температуры на тепломере в экспериментах с пустой ампулой в с.
Параметр т0является «постоянной» измерителя.
. Описание установки
Схема измерителя теплоемкости приведена на рис. 3. В составах установки входят 4 основных элемента.
1
2
3
4
~ 220
~ 220
Рис. 3.
– измерительная ячейка
– блок измерительный
– усилитель У- 0
– измерительный прибор ø136.
Ячейка измерительная – () рис. 4 – является важнейшей частью измерительного блока (2) и состоит из корпуса 13, разъемной оболочки и металлического ядра (детали 1. 2, 4, 10, 11). Корпус состоит из 2х частей и снабжен ребрами для интенсификации теплообмена. Развитая система отверстий в нагревательном блоке и охранном клапане обеспечивает равномерное охлаждение жидким азотом ядра.
Рис.4.
На медном основании 10 размещены термопары, тепломер и испытуемый образец 9. Для температурных измерений в приборе использованы хромель-алюминевые термопары с диаметром электродов 0,2 мм.
Испытуемый образец 9 устанавливается в ампулу 2. Тепломер смонтирован в медном основании 10. Рабочим слоем тепломера является кольцо из нержавеющей стали. Основание 10, кольцои ампула 2 спаяны друг с другом серебряным припоем.
Измерительный блок (2) включает в себя упрощенный потенциометр, термопары 9, стабилизированный источник питания ИПСЗ – 0,2 и нагреватели. Потенциометр рассчитан на определение значения термо-э.д.с., соответствующие фиксированным уровнем температур от - 125С до +400С через 25С.
Микровольтнаноамперметр (6) 136 используется как нуль прибор в потенциометре.
Блок питания и регулирования (3) включает в себя автотрансформатор, механическое реле, редуктор, усилитель. Редуктор служит для плавного увеличения напряжения снимаемого с автотрансформатора и приводится в движение электродвигателем.
Блок питания обеспечивает подачу напряжения на нагреватель охранного клапана.
. Методика проведения эксперимента.
1. Ознакомиться с устройством измерителя теплоемкости.
2. Подготовить прибор к началу работы.
3. Взвесить испытуемый образец с точностью + 0,001 г.
4. Установить образец в измерительную ячейку, нанеся тонкий слой смазки По МС-4.
5. Закройте верхнюю крышку измерительной ячейки.
6. Подключите блок питания и прибор ø136 через к сети и при переключателе «измерение» в УСТ.О. «температура» в положение 25ºС, проведите коррекцию нуля.
7. Включите блок питания и регулирования, нажав кнопку «сеть».
8. Установите переключатель в положение «измерение».
9. Включите кнопку «нагрев» (основной нагреватель) и установите по вольтметру блока питания начальное напряжение 50+- 2 В.
10. Включите секундомер при прохождении светового указателя прибора ø136 через нуль шкалы и переведите переключатель «измерение» в положение т. Выключите секундомер при прохождении светового указателя через нуль шкалы.
11. Запишите все показания в табл. 1.
12. Повторите измерения tт при всех заданных значениях температур.
13. Выключите нагреватель при достижении желаемого уровня температуры.
14. Выключите и зарегистрируйте прибор ø136.
15. Установите переключатель «измерение» в положение УСТ.0.
16. Выключите блок питания и регулирования.
17.Охладите измерительную ячейку до комнатной температуры, подняв верхнюю часть.
V. Указания по охране труда
К работе с измерителем допускаются лица, ознакомленные с общими правилами техники безопасности, относящимся к эксплуатации оборудования с рабочим напряжением до 1000 В.
Запрещается эксплуатировать измеритель без защитного заземления.
При проведении ремонтных работ необходимо снять напряжение питания.
Соблюдать особую осторожность при работе с жидким азотом.
Запрещается прикасаться к измерительной ячейке после опыта.