Литература

1. Кирилин В.А., Шейндлин А.Е. Исследование термодинамических свойств веществ – М.: Госэнергоиздат, 1963, 559 с.

2. Кивилис С.С. Плотномеры – М.: Энергия, 1980, 276 с.

3. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей – М,: Наука 1972.

4. Кирилин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика – М.: Энергия, 1968, 472 с.

5. Зайдель А.Н. Ошибки измерений физических величин – Л.: Наука, 1974,108 с.

6. Зубарев В.Н., Александров А.А. Практикум по технической термодинамике – М.: Энергия, 1971, 351 с.

7. Шенк Х. Теория инженерного эксперимента – М.: Мир, 1972, 381 с.

8. Конспект лекций по курсу «Экспериментальная теплофизика».

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Расскажите об устройстве экспериментальной установки.

2. Опишите методику проведения эксперимента.

3. Укажите достоинства и недостатки метода гидростатического взвешивания.

4. Опишите устройство поплавка. Какие требования предъявляются при его изготовлении?

5. Как учитывается изменение объёма поплавка в зависимости от температуры?

6. Укажите критерии установления термодинамического равновесия в измерительной ячейке.

7. Как зависит плотность жидкости и насыщенного пара от температуры?

8. Какова сущность метода наименьших квадратов?

9. Запишите, чему равна средняя квадратическая погрешность.

10. Как рассчитывается максимально возможная относительная погрешность измерения?

11. Что учитывает погрешность отнесения?

12. Какой физический смысл погрешности отнесения?

13. Какие источники погрешностей характерны для метода гидростатического взвешивания?

14. Как изменится масса гирь при взвешивании поплавка в жидкости при увеличении температуры в термостате?

15. Для чего необходимо производить многократные измерения физических величин?

16. При каких параметрах нельзя аппроксимировать прямолинейной зависимостью плотность жидкости на линии кипения?

17. Как влияет поверхностное натяжение на погрешность измерения плотности жидкости, измеренную методом гидростатического взвешивания?

18. Как устранить погрешность измерения плотности жидкости (метод гидростатического взвешивания) связанную с поверхностным натяжением?

19. Как устранить погрешность измерения плотности жидкости вызванную растворимостью газов?

Лабораторная работа №2 изохорный процесс нагревания воды и водяного пара.

2.1 Основные теоретические положения.

Насыщенным называется пар, находящийся в равновесии с жидкостью или твердым телом. Давление насыщенного пара какого-либо вещества зависит от его природы и температуры и не зависит от объема, занимаемого паровой фазой.

Равновесие между жидкостью и паром является динамическим: фазы непрерывно обменивается частицами (атомами, молекулами), причём в единицу времени через единицу поверхности раздела покидает жидкость столько же частиц, сколько их возвращается в жидкость из паровой фазы.

Согласно правилу фаз Гиббса для однокомпонентных систем при равновесии жидкость-пар число степеней свободы равно единице. Отсюда вытекает, что давление насыщенного пара Р является однозначной функцией температуры Т.

Связь между давлением насыщенного пара и температурой кипения выражается уравнением Клапейрона-Клаузиуса

, (2.1)

где r - мольная теплота парообразования (изменение энтальпии при изобарном процессе); - разность мольных объемов пара и жидкости.

Теплота парообразования расходуется на преодоление сил взаимодействия между молекулами в жидкости. Следовательно, процесс парообразования сопровождается поглощением теплоты. С повышением температуры r уменьшается и при критической температуре r =0.

При температурах, далеких от критической, . Пренебрегая объемом жидкости по сравнению с объемом пара, из (2.1) получаем

, (2.2)

При низких давлениях, как показывают расчеты, для пара справедливы законы идеального газа ( при: Р =10⁵ Па отклонение давления пара от идеального состояния составляет ). Используя уравнение Менделеева-Клапейрона

, (2.3)

уравнение (2.2) легко преобразовать к виду

, (2.4)

Так как при низких давлениях теплота парообразования мало зависит от температуры, то в первом приближении можно допустить, что r является постоянной величиной.

Интегрируя уравнение (2.4) при предположении постоянства r, получаем

, (2.5)

где С - постоянная интегрирования, зависящая от единиц в которых выражено давление.

На имеющейся в лаборатории экспериментальной установке можно установить зависимость между давлением и температурой исследуемого вещества и двухфазной и однофазной областях в процессе изохорического нагревания образца. С ростом температуры изохоры, соответствующие различным удельным объёмам, пересекают пограничные линии и попадают либо в область жидкости, либо в область перегретого пара. Другими словами, процесс изохорического нагревания, например, воды, находящейся в равновесии с насыщенным паром, может привести к конденсации насыщенного пара (если изохора расположена левее критической). В другом случае процесс приведет к образованию перегретого пара, если удельный объем вещества больше критического. В фазовой диаграмме Р-Т такие изохоры располагаются по обе стороны от кривой насыщения (рис. 2.1). Исследуемым веществом в настоящей установке служит вода.

Цель работы:

- определить зависимость между температурой и давлением насыщенных паров;

- рассчитать теплоту парообразования;

- закрепить полученные на лекциях знания по экспериментальным методам исследования кривой упругости;

- освоить практические приемы работы с экспериментальной установкой.