1.5 Отношение теплоемкостей

Большое значение в практических расчетах имеет показатель адиабаты – отношение теплоемкостей и

(28)

Если использовать молекулярно-кинетическую теорию теплоемкости, то можно установить следующие значения величины R:

- для одноатомных газов

- для двухатомных газов

- для трехатомных газов

В действительности k зависит от температуры и эта зависимость устанавливается следующим образом. Так как то

. (29)

Для одного моль газа получается

(30)

В обеих формулах второй член правой части при повышении температуры уменьшается, так как увеличивается и следовательно, при повышении температуры значение k уменьшается, оставаясь больше единицы.

Можно установить следующие необходимые зависимости.

Из (9) получаем

откуда

. (31)

Следовательно,

(32)

2. Описание лабораторного стенда

В настоящей лабораторной работе удельная изобарная теплоемкость определяется методом калориметрирования.

Лабораторный стенд состоит из трех частей: самой установки, блока сопряжения и программной части (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Схема лабораторного стенда

2.1 Установка

Внешний вид установки приведен на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Схема установки

Она состоит из калориметра 1, воздуходувки 2, расходомера 3, регулятора напряжения 5, вольтметра 6, амперметра 7, электрического потенциометра 8, коммутирующего устройства 9, термопар группы ТХК-10 и 11.

Калориметр 1 состоит из корпуса 12 цилиндрической формы, внутри которого расположена керамическая труба 13 с нагревательным элементом 14, смонтированным около внутренней поверхности трубы 13. Концы нагревательного элемента подключены к электродам 15 и 16. Между наружной поверхностью трубы 13 и внутренней поверхностью корпуса 12 образован кольцевой канал 17, связанный магистралью с выходным каналом расходометра 3. В приосевой зоне трубы 13 образован цилиндрический канал , связанный с атмосферой.

Работа установки осуществляется следующим образом. Воздух из атмосферы засасывается через входное устройство 20 воздуходувкой 2. Через пневмомагистраль, связывающую воздуходувку 2 воздух поступает в расходометр 3 поплавкового типа, откуда в полость 17 калориметра 1, имеющую форму кольцевого канала. Пройдя эту полость, воздух входит в приосевую зону 18 керамической трубы 13, где он нагревается , отбирая тепло от электрического нагревателя 14. Из калориметра 1 нагретый воздух через входное отверстие выбрасывается в атмосферу. Количество подводимого тепла в калориметре 1 осуществляется регулятором напряжения 5. Регулирование расхода воздуха производится вентилем 4. Для измерения электрического тока в электрической цепи нагревателя применяется амперметр. В качестве расходомера используется ротаметр типа. Изменение температуры в калориметре фиксируется термопарами 10 и 11 и через коммутатор 9 регистрируется электронным потенциометром типа

КСП-4.

2.2 Блок сопряжения

Блок сопряжения предназначен для связи программной части с установкой. Схема блока сопряжения представлена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 – Схема блока сопряжения

Модуль приема аналоговых сигналов предназначен для приема сигналов с термопар, их оцифровки и передачи в модуль связи.

С помощью модуля управления насосом регулируется мощность насоса и соответственно скорость потока воздуха в трубе.

Модуль управления спиралью регулирует мощность нагрева спирали.

Модуль связи передает данные, полученные от модуля приема аналоговых сигналов, в компьютер программной части, а также от нее в модули управления насосом и спиралью по стандартному интерфейсу RS-232С.