Обработка результатов измерений
Результаты измерений, а также расчетные величины записать в лабораторный журнал по форме:
|
Температура Т, К |
Коэффициент
|
Измерение объема |
Измерение давления, Па |
||
|
|
|
в бюретке
|
абсолютное
|
||
|
Ткомнт= |
|
|
|
|
|
|
Т1= |
|
|
|
|
|
|
Т2= |
|
|
|
|
|
,
м2/кг
,
м
,
м3/кг
-
Определение удельного объема воздуха
Так как масса воздуха в бюретке и площадь поперечного сечения бюретки неизменны, то удельный объем воздуха будет пропорционален длине бюретки, занятой воздухом в данном равновесном состоянии:
,
где
-
постоянная величина (м2/кг).
Значение
определяют
перед началом испытаний используя
таблицу 1 термодинамических свойств
воздуха по формуле:
Таблица 1
Зависимость удельного объема воздуха от температуры (Р = 101325 Па)
-
t, 0С
,
м30
0,7734
10
0,8019
20
0,8299
30
0,8584
40
0,8865
50
0,9149
60
0,9434
-
Измерение давления в бюретке
Расчет давления в бюретки проводят по формуле Менделеева-Клайперона:
,
причем
, где
- расход воздуха
в компрессоре, м3/час
(берется из паспортных данных компрессора
или у преподавателя)
-
время сжатия воздуха, час
-
Построение теоретических изотерм сжатия воздуха
Для построения изотерм используют уравнение Ван-дер-Ваальса, которое в этом случае удобно представить в форме:
,
где
-
константы уравнения Ван-дер-Ваальса
для воздуха.
Значения удельного объема и температуры берут из экспериментальных данных. Полученное давление сравнивают с соответствующим экспериментальным абсолютным давлением и находят процент отклонения теоретического давления от полученного в эксперименте.
Лабораторная работа №3
Построение уравнения состояния воздуха
Цель работы: определение вириальных коэффициентов и построение уравнения состояния воздуха
План изучения темы:
-
Изучить теоретический материал, изложенный в ПРИЛОЖЕНИИ
-
Выполнить лабораторную работу согласно схемы ООД
-
Построить изотермы сжатия воздуха в Р-С координатах
-
Графическим способом определить второй вириальный коэффициент
для
двух температур -
Рассчитать третий и четвертый вириальные коэффициенты
-
Построить уравнение состояния воздуха в виде
-
Подготовиться отвечать на контрольные вопросы по теме
Используемое оборудование: U – образные бюретки, штатив, компрессор с разными режимами подачи воздуха (3 различных режима), линейка, секундомер, водяная баня, лед, подогретая вода.
Экспериментальная часть
|
№ |
Этап эксперимента |
Схема ООД |
|
1 |
Подготовка эксперимента при комнатной температуре |
Измерить
температуру воздуха
|
|
2 |
Определение
коэффициента
|
Измерить
на одном из колен бюретки высоту столба
воздуха
|
|
3 |
Изотермическое сжатие воздуха при комнатной температуре |
Включить компрессор
и наблюдать процесс сжатия воздуха в
противоположном колене. При необходимости
загерметизировать систему. При
установлении стационарного режима
(вода больше не поднимается в колене)
измерить высоту столба воздуха
Повторить опыт не менее 3-х раз. Провести расчеты согласно пункту «обработка результатов измерений» |
|
7 |
Подготовка эксперимента при пониженной температуре |
В кристаллизаторе приготовить смесь воды и льда (или снега) с температурой 5-10 0С. Эту же воду залить в бюретку. Дать выстаиться системе в течение 5-7 минут (для выравнивания температур воды и воздуха в бюретке). К одному колену подсоединить компрессор, на другом отметить уровень жидкости. Температуру Т2 данного опыта зафиксиро-вать в момент включения компрессора! |
|
8 |
Определение
коэффициента
|
Измерить
высоту столба воздуха
|
|
9 |
Изотермическое сжатие воздуха при пониженной температуре |
Опыт и расчеты провести аналогично пункту 3 |
|
10 |
Построение изотерм сжатия воздуха в системе координат Pа-v. |
По полученным экспериментальным данным построить изотермы для трех температур (комнатной, Т1 и Т2). Построения выполнить на миллиметровой бумаге в одной системе координат. Проанализировать расположение изотерм сжатия в зависимости от температуры эксперимента. Записать выводы. |
|
11 |
Построение изотерм сжатия воздуха в системе координат P-v используя уравнение Ван-дер-Ваальса |
Используя полученные в эксперименте удельные объемы воздуха, определить по уравнению Ван-дер-Ваальса соответствующие им давления (расчет см. в пункте «обработка результатов измерений») По расчетным данным построить теоретические изотермы сжатия воздуха для трех температур (комнатной, Т1 и Т2). Построения выполнить на миллиметровой бумаге в той же системе координат, что и экспериментальные кривые, но карандашом другого цвета. Проанализировать расположение теорети-ческих изотерм сжатия относительно построенных по экспериментальным данным. Записать выводы. |
в помещении и воды в колбе. При
необходимости подогреть воду до
комнатной температуры. Воду залить в
бюретку (уровень жидкости в бюретке
должен быть 10–15см). К одному колену
подсоединить компрессор, на другом
отметить уровень жидкости.
при комнатной температуре
под пробкой с помощью линейки. Вычислить
коэффициент
,
где
-
удельный объем воздуха при температуре
эксперимента (значение см. в табл. )
под пробкой.
при пониженной температуре
под
пробкой с помощью линейки. Вычислить
коэффициент
,
где
-
удельный объем воздуха при температуре
эксперимента (значение см. в табл. )