Задание

1. Запустите работу.

2. Установите на пульте термостата температуру регулирования 20С, включите термостат в режим "НАГРЕВ" и "ЦИРК".

3. Откройте регулирующий вентиль 8 настолько, чтобы избыточное давление составило 810 атм. Запишите показания манометра. Откройте кран 7.

4. Через несколько минут после подачи давления, когда полностью затухнут переходные процессы, запишите показания дифференциального термометра.

5. При помощи вентиля 8 установите давление на 1 атм. меньше первоначального. Через несколько минут, когда установятся давление и разность температур, вновь запишите показания манометра и дифференциального термометра.

6. Проведите измерения для нескольких (5-7) значений давления при комнатной температуре.

7. Отложив полученные точки на графике , по наклону графика определите коэффициент Джоуля-Томсона для выбранной вами температуры.

8. Окончив измерения при комнатной температуре, закройте кран 7 и установите на термостате температуру 4050 C.

9. Когда температура установится и установка войдет в стационарный режим, повторите измерения, как указано в пунктах 3-7.

10. Окончив измерения, проделайте такие же измерения, как указано в пунктах 3—7, для температуры 7080 C.

11. Используя формулу ( ) и экспериментальные данные, полученные при трех значениях температуры, определите постоянные a и b для углекислого газа по двум парам температур.

Найдите и для углекислого газа при помощи формул

12. Сравните полученные значения с табличными (табличные данные соответствуют измерению при критической температуре).

Что можно сказать на основании ваших измерений о точности уравнения Ван-дер-Ваальса? Т_ИНВ Т_КР

Работа № 5

Исследование нестационарного теплопотока

(тепловые волны)

Цель работы:

1) измерение температур вдоль металлического стержня при периодическом нагревании одного и его концов;

2) вычисление по результатам опытов коэффициента теплопроводности материала.

В работе используются: металлический стержень; теплообменники; термостат; термометр; термопара; многоточечный регистратор температуры.

При периодическом нагревании конца стержня температура в любой его точке должна зависеть от времени и координаты этой точки . Поскольку периодическое изменение температуры (с периодом ) происходит относительно некоторого среднего значения , удобно рассматривать не саму температуру стержня, а ее отклонение от среднего - . Функция должна удовлетворять уравнению теплопроводности

[1]

где - коэффициент температуропроводности, который связан с физическими характеристиками вещества соотношением:

где - коэффициент теплопроводности;

- плотность;

- удельная теплоемкость.

Зададим функцию в виде (предполагая, что зависимость температуры нагрева от времени имеет вид :

[2]

тогда функция будет определяться действительной частью [2]:

[3]

Из постановки задачи известно граничное условие со стороны нагреваемого конца стержня:

[4]

где - максимальное отклонение температуры от среднего значения (определяется нагревателем).

Подставляя [2] в [1], получаем: [5]

Решение дифференциального уравнения [5] имеет вид

[6]

Из [6], используя соотношение получаем:

[7]

Учитывая то, что изменения температуры противоположного от нагреваемого конца стержня должны быть равны нулю, т.е. , при , функция должна также стремиться к нулю при , коэффициент в [6] должен равняться нулю. Для получаем:

[8]

Из граничного условия [4] получаем, что . [9]

Подставляя [9] в [8], и выделяя действительную часть, окончательно получаем

[10]

Уравнение [10] определяет затухающую "тепловую волну", которая распространяется вдоль стержня со скоростью , коэффициент затухания волны . Скорость волны и затухание возрастают с увеличением частоты смены температуры. Этот результат совпадает с известным геофизическим явлением: суточные колебания распространяются в почве быстрее, чем сезонные, но сезонные проникают глубже.

Экспериментальная установка.

Схема установки для наблюдения тепловых волн представлена на рисунке ниже:

Металлический стержень 1 закрыт теплоизоляционным слоем 2. Левый и правый торцы стержня выходят в резервуары 3 и 4, температура которых поддерживается заданной протекающей водой из термостата 8. Правый конец стержня оребрен, для лучшего теплового контакта с водой, а между левым концом стержня и водой находится термоэлектрический элемент Пельтье 7, который позволяет менять температуру левого конца стержня относительно температуры воды.

Элемент Пельтье управляется пультом 11, который позволяет менять период изменения температуры. Диапазон изменения температуры установлен на 30С и не регулируется.

Термостат управляется с пульта 12. Температура установлена на 50С и не регулируется. Рабочее состояние термостата - включенные клавиши "НАГРЕВ" и "ЦИРК".

Температура циркулирующей воды контролируется термометром 9, датчик температуры 6 помещен в правый резервуар 4.

Для контроля температуры вдоль стержня служат термопары 5, показания которых печатаются на ленте 13 регистратора 10. Строка данных содержит время регистрации (первое значение) и последовательно значения температур вдоль стержня слева направо. Запускается печать данных кнопкой ПУСК, останавливается кнопкой СТОП. Переключатель "период" позволяет менять интервал времени, через который фиксируются показания. Для произвольного времени регистрации надо выполнять последовательное нажатие кнопок ПУСК - СТОП, при этом после нажатия кнопки ПУСК будут напечатаны текущие значения времени и температуры.