- •Кафедра общей и технической физики
- •Лабораторная работа 1
- •Основные теоретические сведения
- •Рис. 8. Структура исследуемого образца
- •Санкт-Петербургский государственный горный институт
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики
- •Лабораторная работа 2
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики
- •Лабораторная работа 3
- •2.2. Металлы
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики
- •Лабораторная работа 4
- •Гальваномагнитные явления в твердых телах
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики
- •Лабораторная работа 6
- •Исследование солнечных генераторов электроэнергии
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики
- •Лабораторная работа 7
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики
- •Лабораторная работа 8
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики
- •Лабораторная работа 9
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ПРЯМЫХ И КОСВЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
- •Таблица 1
- •Таблица 2
- •Контрольные вопросы
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Таблица 1
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Общие сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Последовательность проведения измерений следующая:
- •Теоретическое значение момента инерции маятника
- •Контрольные вопросы
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •МОМЕНТ ИНЕРЦИИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕЛ. ТЕОРЕМА ШТЕЙНЕРА
- •Цель работы – измерить моменты инерции различных тел. Проверить теорему Штейнера.
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Общие сведения
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Общие сведения
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •ВЫЧИСЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТИ ПРИ ПРЯМЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лабораторная работа 1
- •Основные теоретические сведения
- •Рис. 8. Структура исследуемого образца
- •3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ВОЗДУХА ИНТЕРФЕРОМЕТРОМ ЖАМЕНА
- •Теоретические аспекты.
- •Описание установки.
- •Порядок выполнения работы.
- •Описание установки.
- •Порядок выполнения работы.
- •5. ИЗМЕРЕНИЕ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОБЪЕКТИВОВ
- •Описание установки.
- •Порядок выполнения работы.
- •Таблица 2
- •6. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА
- •Описание установки.
- •Задание 1. Исследование поляризации лазерного излучения.
- •Задание 2. Изучение закона Малюса.
- •Таблица 1
- •Задание 3. Изучение эллиптической поляризации.
- •Таблица 2
- •Задание 4. Исследование круговой поляризации.
- •7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРНОГО РАСТВОРА САХАРИМЕТРОМ
- •Общие сведения
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Описание установки.
- •Снятие отсчета по лимбу
- •Порядок выполнения.
- •часть I. Определение преломляющего угла призмы
- •Таблица 1
- •Таблица 2
- •Часть III. Построение кривой дисперсии.
- •Таблица 3
- •Экспериментальная установка и порядок ее настройки
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Обработка результатов измерений
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов
- •Обработка результатов
- •Содержание отчета:
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Электрическая схема установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Схема установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ ЖИДКОСТИ ОТ ДЛИНЫ ВОЛНЫ.
- •Порядок выполнения работы.
- •ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
- •ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ
- •Порядок выполнения работы.
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Описание установки
- •Пояснение к схеме:
- •Краткая теория
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •ИЗУЧЕНИЕ ИЗОПРОЦЕССОВ В ГАЗАХ
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Описание экспериментальной установки
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •2. Исследование основных параметров колебательного контура и обработка результатов
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •Приложение
- •Методические указания к лабораторной работе № 5
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Исследование основных параметров резистивно-индуктивной цепи
- •Обработка результатов
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •Методические указания к лабораторной работе № 6
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Измерительная установка и электрическая схема
- •Порядок выполнения эксперимента.
- •Обработка результатов измерений
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы:
- •Экспериментальная установка
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Схема установки
- •Порядок выполнения работы.
- •Обработка результатов.
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Приложение
- •Методические указания к лабораторной работе № 9
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Измерительная установка и электрическая схема
- •Методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •Работа № 12 Исследование эффекта Джоуля-Томпсона при адиабатическом истечении газа
- •Работа № 17 Определение теплопроводности газов методом нагретой нити
- •Кафедра Общей и технической физики
- •Термодинамика, теплопередача, тепло и массообмен
- •ФИЗИКА
- •Работа №1 Газовые законы. Тарировка газового термометра
- •Работа №2 Цикл тепловой машины
- •Работа № 6 Определение теплоемкости твердого тела
- •Работа № 8 Определение показателя адиабаты при адиабатическом расширении газа
- •Экспериментальная установка
- •Работа № 10 Определение коэффициента термического расширения (линейного) твердого тела
- •Работа № 11 Определение коэффициента термического расширения (объемного) жидкости
- •Работа № 12 Исследование эффекта Джоуля-Томпсона при адиабатическом истечении газа
- •ЗАДАНИЕ
- •Работа № 13 Исследование диффузии газов
- •Работа № 17 Определение теплопроводности газов методом нагретой нити
- •Работа № 18 Определение теплопроводности твердого тела (пластина)
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Схема установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Обработка результатов измерений
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Описание установки
- •Порядок выполнения
- •Обработка результатов
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Экспериментальная установка
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Экспериментальная установка
- •10.2. Состав
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
(технический университет)
Кафедра общей и технической физики.
ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 18
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА (ПЛАСТИНА)
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2011 г.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Работа №1 Газовые законы. Тарировка газового термометра
Цель работы:
1)экспериментальная проверка уравнений состояния идеального газа;
2)демонстрация принципа работы газового термометра.
Идеальным называется газ, в котором отсутствуют силы межмолекулярного взаимодействия и возможно пренебрежение размерами молекул газа. Реальные газы с достаточной степенью точности можно считать тогда, когда они находятся в состояниях, далеких от областей фазовых превращений.
Состояние идеального газа характеризуется переменными p , V и T ,
называемыми параметрами состояния. Процессы в газе также характеризуются величинами Q и A , определяющими энергетические процессы в системе газ-
окружающая среда.
В общем случае состояние идеального газа описывается уравнением Менделеева-Клапейрона:
|
|
m |
|
|
|
p V |
|
R T |
[1] |
|
|
|||
где: |
p - давление газа, Па; |
|
||
|
V - объем, занимаемый газом, м3; |
|
||
|
m - масса газа, кг; |
|
||
|
- молярная масса газа, кг/моль; |
|
||
|
R - газовая постоянная, равная 8,31 Дж/моль град; |
|||
|
T - температура, град. К. |
|
||
|
В частных случаях вместо уравнения Менделеева-Клапейрона можно |
|||
использовать законы: |
|
|||
а) Закон Бойля-Мариотта (изотермический процесс): |
при неизменных температуре и |
|||
массе произведение численных значений давления и объема газа постоянно: |
||||
|
p V const |
[2] |
б) Закон Гей-Люссака (изобарный процесс): при постоянном давлении объем данной
массы газа прямо пропорционален его абсолютной температуре:
V V0 |
T V0 |
|
T |
[3] |
|
T0 |
|||||
|
|
|
|
где V0 - объем газа при температуре T0 =273.15 К,
1 T0 - коэффициент объемного расширения.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
в) Закон Шарля (изохорный процесс): при постоянном объеме давление данной массы газа прямо пропорционально его абсолютной температуре:
p p T [4]
0
T0
где p0 - давление газа при температуре T0 =273.15К.
Экспериментальная установка
Схема установки изображена на рисунке ниже:
Назначение и характеристика основных элементов установки:
а) Термостатированный резервуар (1), с заключенным в нем цилиндром (2) с поршнем
(3). Посредством штока (4) и реверсивного шагового привода (5) поршень может перемещаться в цилиндре. Управляется шаговый привод пультом (28), отображающим текущий объем под поршнем.
Параметры: |
|
- объем под поршнем (геометрический): |
Vmin = 0 л, Vmax = 5 л; |
- допустимое давление: |
pmax = 10 атм = 106 Па; |
- теплоемкость резервуара CS |
7000 Дж/ С. |
б) Термостаты. Термостатирование объема осуществляется прокачиваемой водой, температура которой поддерживается термостатами (13) и (14). Выбор термостата, вода из которого в данный момент подается в объем (1), осуществляется краном (12). Каждый термостат имеет собственный пульт управления: (29) и (30). Термостаты
2
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
расположены ниже уровня цилиндра и при отключении циркуляционного насоса вода из рубашки цилиндра стекает в соответствующий термостат. Термостат может находиться в трех состояниях:
1)"ВЫКЛ" - переключатели [нагрев] и [цирк.] в положении [выключено], если в этом
состоянии термостат подключен к системе краном (12), то в него стекает вода из рубашки цилиндра;
2)"ВКЛ" - переключатели [нагрев] и [цирк.] в положении [включено], при этом на
выходе термостата температура равна заданной регулятором [Уст. Т] независимо от величины температуры на входе;
3)"ЦИРК." - переключатель [нагрев] в положении [выключено], переключатель
[цирк.] в положении [включено], при этом температура на выходе термостата равна температуре на входе.
Параметры:
- диапазон задаваемых температур: |
tmin = 10 C, |
tmax = 98 C; |
- объем циркулирующей воды: |
5 л. |
|
в) Система заполнения цилиндра. Для заполнения или вентиляции объема цилиндра служат краны: (17) - соединяет внутренний объем цилиндра с атмосферой; (25)
подключает к магистрали баллоны (21) и (22), содержащими азот и углекислый газ. Давление подаваемого газа задается редукторами (23) и (24), которые управляются с пультов (19) и (20). Кран (25) имеет три положения: "З" - закрыт; "1" - баллон (21); "2" - баллон (22).
г) Система откачки цилиндра. Узел откачки газа состоит из форвакуумного насоса (15), ресивера-маслоотделителя (16), кранов (10) и (11). Включение насоса осуществляется с
пульта (32). Состояние кранов при выключенном насосе: кран (11) открыт, кран (10) закрыт. После включения насоса сначала закрывается кран (11), затем открывается кран (10). Перед выключением насоса сначала закрывается кран (10), затем открывается кран (11), после этого выключается насос. При нарушении порядка открывания-
закрывания кранов может происходить выброс масла из насоса в маслоотделитель (16), если это произошло, то при закрытых кранах (10) и (11) должен на некоторое время включаться насос для закачки масла обратно в картер насоса. Контроль давления при откачке осуществляется мановакуумметром (9).
д) Контроль давления. Для контроля давления служит мановакуумметр (9). Прибор подключаются к магистрали (18). Показания приборов - относительно атмосферного
давления.
3
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Параметры: |
|
- шкала мановакуумметра: |
-0,1 0 1 МПа. |
- точность |
0,01 МПа. |
е) Измерение температуры внутри цилиндра осуществляется термопарой (6), индикация температуры - цифровой термометр (26). Для измерения температуры воды используется термопара (7), индикация температуры - цифровой термометр (27).
з) Для выполнения "Тарировки газового термометра" к внутреннему объему цилиндра подключается жидкостный (ртутный) "U"- образный абсолютный манометр
(8) с заглушенной правой трубкой, колена которого соединены гибким шлангом. Правое колено манометра может перемещаться вверх-вниз посредством привода (31).
Параметры: |
|
- шкала столбика: |
0 500 мм; |
- точность показаний |
0,25 мм. |
ЗАДАНИЕ
1.Запустите лабораторную работу. Отметьте в лабораторном журнале указанный преподавателем тип используемого газа и его начальное давление..
2.Изотермический процесс. Установите на термостатах температуры,
отличающиеся на 5070С. Подключите левый термостат к системе. Установите
поршень в крайнее верхнее положение, заполните систему заданным газом при требуемом давлении. Перед заполнением системы новым газом необходимо выполнить ваккуумирование системы.
Перемещая поршень вниз, запишите пары значений (давление и объем) для 10 промежуточных положений поршня. Повторите измерения, подключив к системе правый термостат. По полученным данным постройте графики процесса в ( p V )
координатах.
3. Изобарный процесс. Установите на левом термостате максимальную
температуру, подключите его к системе. Заполните систему заданным газом при требуемом давлении. Запишите начальные параметры состояния. Уменьшите температуру на 10 С, дождитесь установления температуры в цилиндре. Переместите
поршень вниз, чтобы восстановить начальное давление, запишите полученные параметры состояния. Продолжайте охлаждение газа и перемещение поршня до температуры 20 С. Повторите измерения для другого начального давления в системе. По полученным данным постройте графики процесса в ( p V ) координатах.
4
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
4.Изохорный процесс. Установите на левом термостате температуру 20 С,
подключите его к системе. Заполните систему заданным газом при требуемом давлении и объеме. Запишите начальные параметры состояния. Увеличивайте температуру до максимальной с шагом 10 С, записывая параметры состояния. Повторите измерения
для других начальных параметров. По полученным данным постройте графики процесса в ( p V ) координатах.
5.Тарировка газового термометра. Установите поршень в верхнее положение. Установите на левом термостате температуру 20 С, подключите его к системе. Откачайте систему до давления -0,2 -0,6 бар. Подключите к магистрали ртутный
манометр. Перемещением правого колена добейтесь, чтобы правый столбик ртути не доходил до верхнего края трубки на 20 30 мм. Запишите параметры состояния газа и значения уровней ртути в коленах манометра. Поднимите температуру на 10 С,
дождитесь установления температуры в цилиндре. Перемещением правого колена добейтесь, чтобы уровень ртути в левом колене вернулся к исходному значению. Запишите параметры состояния газа и значения уровней ртути в коленах манометра. Продолжайте измерения, повышая температуру газа до максимальной.
По полученным результатам измерений рассчитайте давление газа (в мм рт. ст.) для каждой температуры.
Постройте калибровочный график зависимости р f t .
5
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Работа №2 Цикл тепловой машины
Цель работы: исследование принципа работы простейшей тепловой машины в прямом и обращенном цикле.
Будем называть тепловой машиной устройство, способное переносить тепло от менее нагретого тела к более нагретому. В случае, если при этом процессе увеличивается температура теплоприемника за счет неограниченного запаса тепла в более холодном теле, цикл будем называть прямым, в случае уменьшения температуры более холодного тела за счет рассеяния тепла в более теплом теле, цикл будем называть обращенным.
В промышленных тепловых машинах не применяется газ в качестве рабочего тела вследствие крайне низкого КПД, но для ознакомления с принципом работы тепловой машины газ в качестве рабочего тела удобен из-за простоты описания
происходящих процессов. Рассмотрим основные этапы работы тепловой машины в прямом цикле. Предполагается, что в системе имеется неограниченный источник тепла, т.е. такой источник, который сохраняет свою температуру независимо от процессов теплообмена с ним. В качестве такого источника реально используется окружающая среда (уличный воздух, вода в больших водоемах). В качестве приемника тепла может выступать, например, воздух внутри помещения. За счет тепла источника газ в начале цикла сжатия приобретает температуру источника. В процессе сжатия температура газа повышается, избыточное тепло передается приемнику тепла. При этом часть тепла неизбежно теряется на нагрев частей установки и, в конечном итоге, возврат назад к источнику тепла. Поскольку масса газа в объеме цилиндра много меньше суммарной массы циркулирующей воды в теплоприемнике и деталей установки, теплом, потраченным на нагрев газа можно пренебречь, тогда уравнение теплового баланса за цикл сжатия можно записать в следующем виде:
T C Ж А T CУСТ
где - изменение температуры системы за один ход поршня; - теплоемкость теплоприемника (воды); - теплоемкость цилиндра и поршня;
A - работа внешних сил по перемещению поршня.
Оценить работу А можно графически, построив график зависимости p f V
по результатам измерения параметров состояния газа в процессе сжатия.
6
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Экспериментальная установка
Схема установки изображена на рисунке ниже:
Назначение и характеристика основных элементов установки:
а) Термостатированный резервуар (1), с заключенным в нем цилиндром (2) с поршнем (3). Посредством штока (4) и реверсивного шагового привода (5) поршень может перемещаться в цилиндре. Управляется шаговый привод пультом (15),
отображающим текущий объем под поршнем. |
|
Параметры: |
|
- объем под поршнем (геометрический): |
Vmin = 0,5 л, Vmax = 5 л; |
- теплоемкость резервуара CS |
400 Дж/ С. |
б) Термостаты. Термостатирование объема осуществляется прокачиваемой водой, температура которой поддерживается термостатами (8) и (9), настроенными на поддержание низкой и высокой температуры. Выбор термостата, вода из которого в данный момент подается в объем (1), осуществляется краном (10). Каждый термостат имеет собственный пульт управления: (16) и (17). Термостаты расположены ниже уровня цилиндра и при отключении циркуляционного насоса вода из рубашки цилиндра стекает в соответствующий термостат. Термостат может находится в трех состояниях:
1)"ВЫКЛ" - переключатели [нагрев] и [цирк.] в положении [выключено], если в этом
состоянии термостат подключен к системе краном (12), то в него стекает вода из рубашки цилиндра;
2)"ВКЛ" - переключатели [нагрев] и [цирк.] в положении [включено], при этом на
выходе термостата температура равна заданной регулятором [Уст. Т] независимо от величины температуры на входе;
7
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
3) "ЦИРК." - переключатель [нагрев] в положении [выключено], переключатель
[цирк.] в положении [включено], при этом температура на выходе термостата равна температуре на входе. Допускается любое состояние термостата при любом положении крана (10).
Параметры: |
|
|
- диапазон задаваемых температур: |
tmin = 10 C, |
tmax = 98 C; |
- объем циркулирующей воды: |
1 л. |
|
в) Система заполнения цилиндра. Для заполнения или вентиляции объема цилиндра служит кран (11) - соединяет внутренний объем цилиндра с атмосферой.
г) Контроль давления. Для контроля давления служит мановакуумметр (12). Прибор постоянно подключен к внутреннему объему цилиндра. Показания прибора -
относительно атмосферного давления. |
|
Параметры: |
|
- шкала мановакуумметра: |
-0,1 0 1,2 МПа. |
д) Измерение температуры внутри цилиндра осуществляется термопарой (6), индикация температуры - цифровой термометр (13). Для измерения температуры воды используется термопара (7), индикация температуры - цифровой термометр (14).
Параметры: |
|
- шкала термометра: |
0 200 С; |
ЗАДАНИЕ
1.Запустите лабораторную работу. Отметьте в лабораторном журнале указанный преподавателем цикл тепловой машины и температуру источника (приемника) тепла.
2.При открытом кране 11 переведите поршень в верхнее положение, закройте кран 11.
3.Считаем левый термостат источником тепла (приемником). Установите на левом термостате заданную начальную температуру (можно оставить 20 С), переведите
термостат в режим НАГРЕВ (режим НАГРЕВ на левом термостате будет включен постоянно).
4.Если исследуется прямой цикл тепловой машины, то подключите к цилиндру краном
10 правый термостат, переведите его в состояние ЦИРК. Запишите параметры состояния ( p, V , T ) газа при верхнем положении поршня. Опускайте поршень вниз, записывая значения параметров ( p, V , T ) через каждые 0,5 л, дожидаясь установления
температуры в цилиндре. Далее, выключите режим ЦИРК правого термостата, дождитесь стекания воды из рубашки термостата. Подключите к цилиндру краном 10 левый термостат, переведите его в состояние ЦИРК. Поднимите поршень в крайнее
8
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
верхнее положение, дождитесь установления температуру в цилиндре, выключите режим ЦИРК левого термостата, дождитесь стекания воды из рубашки термостата. На этом один цикл работы тепловой машины завершен.
5. Если исследуется обращенный цикл, то подключите к цилиндру краном 10 левый термостат, переведите его в состояние ЦИРК. Опустите поршень вниз до отметки 0,5 л. Дождитесь установления температуры. Выключите режим ЦИРК левого термостата, дождитесь стекания воды из рубашки термостата. Подключите краном 10 к цилиндру правый термостат, включите режим ЦИРК. Запишите параметры состояния ( p, V , T )
газа при нижнем положении поршня. Поднимайте поршень вверх, записывая значения параметров ( p, V , T ) через каждые 0,5 л, дожидаясь установления температуры в
цилиндре. Далее, выключите режим ЦИРК правого термостата, дождитесь стекания воды из рубашки термостата. На этом один цикл работы тепловой машины завершен. 6. Используя данные о теплоемкости системы и результаты измерения температуры при рабочем движении поршня, оцените совершенную работу A . Постройте график рабочего процесса и по нему определите совершенную работу A0 . Сравните
полученные результаты.
7. Повторите действия п.4 (или п.5) 10÷15 ( n ) раз. Оцените затраченную работу по общему изменению температуры и сравните ее значение с величиной n A0 .
Объясните полученное расхождение.
9
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Работа № 8 Определение показателя адиабаты при
адиабатическом расширении газа
Цель работы: определение отношения CP CV для воздуха или углекислого газа по
измерению давления в стеклянном сосуде. Измерения производятся сначала после адиабатического расширения газа, а затем после нагревания сосуда и газа до комнатной температуры.
В работе используются: стеклянный сосуд; U-образный жидкостный манометр;
газгольдер со сжатым воздухом.
Экспериментальная установка
Схема установки показана на рисунке 1. Установка состоит из стеклянного сосуда 1, снабженного впускным 6 и выпускным 5 кранами, баллона со сжатым воздухом 2 с редуктором 3 и U-образного жидкостного манометра 4, измеряющего
избыточное давление газа в сосуде. Схема установки показана на рисунке 1. Избыточное давление (0,03 бар) воздуха создается с помощью баллона со
сжатым воздухом и редуктора, соединенного с сосудом трубкой через кран 6.
В начале опыта в стеклянном сосуде 1 находится воздух при комнатной температуре и давлении, несколько превышающем атмосферное давление. После кратковременного открытия крана 5, соединяющего сосуд 1 с атмосферой, давление и температура газа будут понижаться. Это уменьшение температуры приближенно можно считать адиабатическим. Параметры установки подобраны таким образом, что при повороте крана 5 на 180 за 0,2 0,3 сек равновесие в газах по давлению
установится намного быстрее, чем равновесие по температуре.
10
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
|
Запишем уравнение адиабаты в переменных |
P , T . Обозначим состояние газа |
||||||||||||
после повышения давления в сосуде и выравнивания температуры с комнатной (T0 ) как |
||||||||||||||
P |
, а состояние сразу после открытия крана и выравнивания давления с атмосферным - |
|||||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P2 . Получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
T |
|
T |
|
|
P |
|
1 |
T |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
0 |
|
|
2 |
|
|
1 |
|
|
|
0 |
|
[1] |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
P |
1 |
|
P 1 |
|
|
P |
|
|
T |
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
Давление P2 после адиабатического расширения газа может считаться равным атмосферному давлению P0 , а температура T2 будет ниже комнатной температуры T0
(температура газа понижается, так как работа расширения совершается за счет внутренней энергии газа).
После того как кран 5 вновь отсоединит сосуд от атмосферы, происходит медленное изохорическое нагревание газа со скоростью, определяемой теплопроводностью стеклянных стенок сосуда. Вместе с ростом температуры растет и давление газа. Через некоторое время система достигает равновесия и установившаяся
температура газа T3 |
становится равной комнатной температуре T1 . |
|
|
|||||||||||||||||||||||
Изохорический процесс выравнивания температуры при закрытом кране |
||||||||||||||||||||||||||
подчиняется закону Гей-Люссака: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
P |
|
|
P |
|
|
|
|
|
P |
|
|
P |
|
|
|
T |
|
P |
|
|
||||
|
|
|
2 |
|
3 |
|
|
|
0 |
3 |
|
|
2 |
|
|
0 |
|
|
[2] |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
T2 |
|
|
T3 |
|
|
|
|
|
T2 |
|
T0 |
|
|
|
T0 |
|
P3 |
|
|
|||||
Исключая с помощью [2] отношение температур T2 |
T0 |
из [1], найдем |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
P |
|
1 |
|
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
1 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[3] |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
P |
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
и |
|
|
|
|
|
ln P |
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[4] |
||||||
|
|
|
|
|
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
ln P P |
ln P P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
|
|
3 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Учитывая незначительное отличие величин P |
и P |
от |
P , можно разложить логарифмы |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
3 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
||
в ряд пренебрегая членами второго порядка малости. Получим |
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
P1 P1 |
P0 , |
P3 P3 P0 |
[5] |
||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Уравнение [5] можно переписать через показания жидкостного манометра, учитывая,
что P g H Пр H Лев g H , а |
H Пр и H Лев высота правого и левого |
||||
столба жидкости в коленах манометра: |
|
||||
|
H1 |
|
[6] |
||
H1 |
H 2 |
||||
|
|
||||
Как следует из [6], |
для определения |
необходимо знать избыточное (над |
атмосферным) давление в баллоне до адиабатического расширения газа и его избыточное давление после изохорного нагревания. Следует подчеркнуть, что обе величины должны измеряться в состоянии термодинамического равновесия, т. е. после прекращения теплообмена.
ЗАДАНИЕ
1.Запустите лабораторную работу.
2.Откройте на некоторое время кран 6. Дождитесь выравнивания температуры внутри баллона с комнатной. Свидетельством этого служит постоянство давления в баллоне. Запишите значения уровней жидкости в манометре, вычислите разность уровней.
3.Откройте на короткое время кран 5 (для этого надо нажать левой кнопкой на пульте крана в позицию "З", противоположную текущему состоянию). Подождите, пока уровень жидкости в манометре перестанет изменяться. Запишите разность уровней жидкости в манометре, вычислите разность уровней.
4.Вычислите значение CP CV .
5.Несколько раз откройте кран 5, чтобы выпустить излишки воздуха из сосуда.
6.Проведите серию из 4 6 измерений, каждый раз вновь заполняя сосуд при
разном времени открывания крана 6. По полученным значениям вычислите среднее. Сравните со справочным значением.
12
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
1.Газовые законы. Тарировка газового термометра
2.Цикл тепловой машины
3.Определение теплоемкости твердого тела
4.Определение показателя адиабаты при адиабатическом расширении газа
5.Определение коэффициента термического расширения (линейного) твердого тела
6.Определение коэффициента термического расширения (объемного) жидкости
7.Исследование эффекта Джоуля-Томпсона при адиабатическом истечении газа
8.Исследование диффузии газов
9.Определение теплопроводности газов методом нагретой нити
10.Определение теплопроводности твердого тела (пластина)