Порядок виконання роботи

1. Автоматичний вимикач на лівій стійці столу перевести у верхнє поло-ження (загоряється сигнальна лампа "Мережа").

2. Вмикнути вакуум-насос.

3. Вмикнути блок витратоміра і, регулюючи краном 11, встановити пот-рібні витрати повітря через калориметр за показниками приладу 10.

4. Вмикнути кнопку "нагрів", поворотом ручки автотрансформатора 12 встановити напругу нагрівання спіралi по цифровому приладу 13 і визначити силу струму.

5. Вмикнути блок контролю температури і через 2-3 хвилини виміряти температуру повітря на вході і виході калориметра, перемикачем "Контроль точок" по черзі підключаючи до приладу 7 відповідні термопари 4 і 5.

6. За барометром визначити атмосферний тиск Р.

7. Виконати аналогічні виміри при інших витратах повітря через калори-метр (2-3 досліди). Експериментальні дані заносять в табл. 2.1.

Обробка результатів експерименту

Середня об'ємна теплоємність повітря в інтервалі температур від t1 до t2 визначається за формулою:

, кДж/м³К,

де W = IU - потужність, споживана нагрівачем, Вт; I - сила струму, А;

U - напруга на спіралі, В;

t1 та t2 - температура повітря на вході і вході з калориметра, С.

Витрати повітря, яке протікає через калориметр, приведені до нормальних умов. V0 знаходять з рівняння ідеального газу:

,

де в лівiй частинi маємо дійсні параметри повітря на вході в калориметр, а в правiй – параметри при нормальних умовах.

Середню масову теплоємність повітря знаходимо з виразу:

, кДж/кгК,

де 22,4 – об’єм 1 кмоля повітря при нормальних умовах, м /кмоль; М – масa 1 кмоля повітря, кг/кмоль.

Розрахункові значення середньої масової теплоємності ізобарного процесу порівнюють з , і оцінюють похибку експерименту визначення середньої масової теплоємності в кожнім з дослідів:

100%.

При похибці більше 10 %, даний дослід повторюють для уточнення експе-риментальних і розрахункових даних. Розрахункові дані зводять у табл. 2.1.

Таблиця 2.1.

Журнал спостережень

	Експериментальні дані						Розрахункові дані
№ дослі-ду	t1, 0C	t2, °С	U, В	I,A	Рб, Па	V, м3/с	W, Вт	V0, м3/c	, кДж м3К	, кДж кгК	, кДж кгК	% похиб-ки
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13

Контрольні питання

1. Які параметри визначають експериментально для оцінки середньої об'ємної теплоємності?

2. Як виконується розрахунок середньої масової теплоємності?

3. Як на установці визначаються потрiбнi витрати повітря, що протікає через калориметр?

4. Від чого залежить теплоємність реальних та ідеальних газів?

5. Як на установці можна змінити кількість тепла, що пiдводиться до калориметру?

Лабораторна робота №3

ВИЗНАЧЕННЯ ПОКАЗНИКА АДІАБАТИ К ДЛЯ ПОВІТРЯ

У термодинаміцi при розрахунках широко використовується коефіцієнт адіабати К, який являє собою відношення теплоємностей при постійному тиску С_р і постійному об’ємi С_v:

К = С_р / С_v .

Для кожної групи газів величина К має певне числове значення: для одно-атомних газів К = 1,6; для двоатомних (i повiтря) - 1,4; для багатоатомних - 1,3.

Для реальних газів коефіцієнт К є величина змiнна, яка зменшується з підвищенням температури.

Величину відношення теплоємностей К газів в області не дуже низьких температур, коли вони можуть з високим ступенем точності задовольняти рів-нянню стану ідеального газу P = RT , визначають за допомогою установки (рис.3.1), яка складається з герметично закритого балона 1 місткістю 60 л. Стис-нуте у повітродувці повітря подається в балон через кран 2. На верхній кришці балона встановлений кран 3, який служить для випуску повітря в атмосферу. Тиск у балоні вимірюють U-образним манометром 4.

Процеси, що відбуваються в установці, зображені на рис. 3.2. Стан газу, що надійшов у балон, характеризується точкою 0. У результаті теплообміну з навколишнім середовищем при постійному об’ємi ( лінія 0-1) температура по-вітря знижується до Т_ср.. У результаті адіабатичного витікання повітря ( лінія 1-2) його температура знижується до Т_дійсн, а потім при V=const нагрiвається до Т_ср (лінія 2-3).

в а) Р-V та б) Т-S координатах

Вiдношення питомих об’ємiв n₁/₃ можна показати через відношення тисків , тобто, n₁/₃ = . Оскільки питомі об’єми ₂ = 3 , то n₁/₂ = . З рiвняння адіабати PV = const знайдемо співвідношення:

(n₁/₂ )^К.

Прологарифмувавши цей вираз, одержимо:

lg(P2 /P1) = K lg(n₁/₂).

Звiдки .

Вимiр питомих об’ємiв дуже складний, тому відношення виражаємо через відповідне відношення тисків . Формула для експериментального визначення К буде мати вигляд:

.

Таким чином, при визначенні К дослiдним шляхом, величинами, що вимі-рюються, є тільки тиски.

Методика визначення показника адіабати

Приєднують шланг від повітродувки до крана 2. Включають повітродувку і відкривають кран 2. Спостерігаючи за манометром 4, доводять тиск повітря в балоні до 450-500 мм вод. ст. Закривають кран 2 і виключають повітродувку. Вичікують якийсь час (6-8 хв), доки газ у балоні прийме температуру навко-лишнього середовища, про що свідчать сталi показаники манометра , мм вод. ст. Знімають показання барометра Р_б, Па. Швидко відкривають кран 3 і відразу ж закривають його. При цьому розширення повітря відбувається так швидко, що з деяким наближенням можна вважати його протiкаючим без теп-лообміну з навколишнім середовищем, тобто адіабатним .При цьому темпера-тура газу в балоні знижується і буде нижче початкової температури, тобто тем-ператури навколишнього середовища.

Після закриття крана 3 буде відбуватися ізохорний процес нагрівання по-вітря в балоні внаслідок теплообміну з навколишнім середовищем, і тиск газу, вимірюваний манометром, буде зростати доти, доки температура газу в балоні не зрівняється з температурою навколишнього середовища. Після настання тем-пературної рівноваги (через 6-8 хв.) знімають показання манометра, , мм. вод. ст. Дослід повторюють 3 рази. Отримані дані вносять у журнал спостере-жень (табл. 3.1).

Обробка результатів дослiду

Показник адіабати К визначають з виразу

,

де Р₁ - абсолютний тиск повітря на початку розширення, Па, Р1=Р1_над+Р_б;

Р₂ - абсолютний тиск повітря наприкінці адіабатного розширення, Па, прий-

маємо Р₂ = Р_б;

Р₃ - абсолютний тиск повітря наприкінці ізохорного нагрівання до температу-

ри навколишнього середовища, Па, Р3 = + Р_б.

Результати розрахунку заносять у журнал спостережень (табл. 3.1.).

Таблиця 3.1.

Журнал спостережень

№№ дослiду	Початковий тиск повітря в балоні, Р1над		Атмосферний тиск по баро-метру, Рб,	Кінцевий тиск повітря в балоні, Р3над		Показник адіабати, К
	мм вод.ст.	Па	Па	мм вод.ст.	Па

Контрольнi питання

1. Запишіть співвідношення параметрів в адіабатному та ізотермічному процесах.

2. Як обчислити кількість тепла, підведеного до робочого тіла в політ-ропному процесі?

3. Запишіть вираз для обчислення наявної роботи в адіабатному процесі.

4. Яка частка тепла в ізобарному процесі йде на зміну внутрішньої енергії робочого тіла і на роботу розширення?

5. Як змінюється показник адіабати К із зміною температури?

Лабораторна робота № 4

ВИЗНАЧЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ ТЕМПЕРАТУРИ

КИПІННЯ ВОДИ ВІД ТИСКУ В ПРОЦЕСІ ПАРОУТВОРЕННЯ

Процес перетворення речовини з рідини в газоподібний стан називається пароутворенням. Для перетворення рідини в пару необхідно за рахунок підводу теплоти її температуру довести до температури кипіння (насичення) – t_н при да-ному тиску. Температура насичення і тиск знаходяться між собою у функціо-нальній залежності t_н = f (P), тобто, певному тиску відповідає конкретна вели-чина t_н.

Метод визначення залежності t_н = f (Р) заснований на експериментально-му визначенні температури кипіння при різних тисках. Для дослідження вико-ристовується установка, яка показана на рис. 4.1.

Установка складається з посудини 1, в якій встановлений електронагрівач 2. У корпусі посудини маються вікна 3, через які ведеться спостереження за процесом кипіння. Необхідний тиск у посудинi підтримується вакуум-насосом 4. Температура киплячої рідини вимірюється ртутним термометром або термо-парою 5, тиск вимірюється вакууметром 6. За допомогою крана 7 посудина 1 може від¢єднуватись від вакуум-насоса 4.