3.4 Методика проведения работы и описание экспериментальной установки

Работа выполняется на установке, приведенной на рис. 2.1 (см.стр.14). Основным элементом экспериментальной установки является сосуд 4 (стеклянный цилиндр), который соединен с манометром 7 и вакуум-насосом 1. В сосуд до определенного уровня залита жидкость 8. Рабочая трубка 6 расположена внутри сосуда 4. Нижний конец ее открыт и находится в жидкости, а верхний конец герметично закрыт.

Первоначально воздух (жидкость) в трубке 6 сжимается до давления и объема нагнетанием воздуха в сосуд 1. Нагнетание воздуха производится вакуум-насосом 1 через кран 3. Затем кран закрывается, после чего необходимо выждать определенное время (2…3 минуты) для установления температуры в системе. После установления равновесного состояния рабочего тела (воздуха) необходимо измерить и записать значение избыточного давления и объема в рабочей трубке 6. Избыточное давление жидкости, а следовательно, и давление воздуха в трубке 6 измеряется манометром 7. Измерение объема рабочего тела осуществляется по уровню жидкости в бюретке 6 с помощью шкалы 5. Если открыт кран 3, то воздух в сосуде 4 будет истекать в окружающую среду и воздух в трубке 6 практически адиабатно расширяется до какого-то конечного состояния. Опыт необходимо повторить 5…6 раз при различных начальных значениях начального давления и объема. При этом адиабатический процесс обеспечивается высокой скоростью расширения воздуха и наличием теплоизоляции объема, в котором происходит процесс (воздушная прослойка между бюреткой 6 и сосудом 4).

3.5 Порядок проведения работы и обработка результатов эксперимента

Опыт состоит в измерении давлений и объемов воздуха, соответствующих конечным равновесным состояниям ряда адиабатных процессов расширения. С помощью вакуум насоса 1 давление в рабочем теле довести до некоторого заданного преподавателя значения. Выдержать систему в заданном состоянии 2…3 минуты и зафиксировать параметры начального состояния: , и . Открыть кран 3, затем закрыть его, не давая давлению в системе упасть до атмосферного, и в момент закрытия крана зафиксировать значения объема и давления по шкале 5 и манометру 7 соответственно. Опыт повторить 5...6 раз.

Абсолютное давление при различных равновесных состояниях рабочего тела рассчитывается по опытным данным по формуле

,Па (3.16)

где - избыточное давление рабочего тела, измеренное манометром в каждом опыте, Па ; - давление окружающей среды (атмосферы), Па.

Результаты представить в виде таблицы 3.1 и P,V – диаграмме, в которой построить экспериментальную и теоретическую адиабаты, принимая за общую начальную точку 1 с параметрами и . Экспериментальная адиабата строится по данным опыта (через точки 1 и 2), а теоретическая – из точки 1 – как гипербола в соответствии с уравнением (3.9), в котором K= =1,41. При этом, задаваясь значениями объема V (в соответствии с таблицой 3.1), определить соответствующее им давления P. Теоретическая (расчетная) адиабата должна походить через начальное состояние в каждом опыте.

Ошибка эксперимента может быть оценена по расхождению давлений на экспериментальной и теоретической адиабатах в месте их максимального удаления друг от друга:

(3.17)

Опытный показатель адиабаты для n – опытов следует определить по уравнению (3.7)в виде

. (3.18)

По этим значениям находят среднее значение показателя адиабаты :

. (3.19)

Значения среднего показателя , полученные в опыте, следует сравнить с литературным значением для воздуха и вычислить относительную величину расхождения между ними в виде

100%. (3.20)

Работу расширения L и располагаемую работу в каждом опыте рассчитать по (3.13) и(3.14), в которых m – масса рабочего тела в бюретке 6, кг. Её можно найти по уравнению состояния идеального газа:

m= , кг (3.21)

где R=287 Дж/(кгК) – газовая постоянная воздуха.

Максимальная относительная погрешность определения работы расширения адиабатного процесса рассчитывается по формуле

. (3.22)

в которой - относительная погрешность определения объема в эксперименте; - абсолютная погрешность определения объема, , соответствующая половине минимального деления шкалы 5.

Таблица 3.1

Экспериментальные данные

, Па; , К.

Номер опыта	Давление						Объем
		Па	Па		Па	Па
1 2 3 4 5 6

Расчетные данные заносятся в таблицу 3.2

Таблица 3.2

Расчетные данные

№ расчета	Давление		Объем		Работа расширения	Располагаемая Работа	Показатель адиабаты
	, Па	, Па	,	,	L, Дж	, Дж	K
1 2 3 4 5 6

Литература: 1 стр[32-33]; 3 стр.[66-68]; 5,6[стр 24-25].

Контрольные вопросы:

1)Какой процесс называется адиабатным?

2)Что называется изоэнтропным процессом?

3)Как создается адиабатный процесс в данной работе?

4)За счет чего совершается работа в процессе адиабатного расширения?

5)Почему энтропия в адиабатном процессе не меняется?

6)Вывести одну из расчетных формул работы расширения для адиабатного процесса?

7)Напишите уравнение адиабатного процесса в Р, V и Т, S – диаграммах.

8)Напишите уравнение первого закона термодинамики для адиабатного процесса.

9)Напишите аналитическое выражение второго закона термодинамики для обратимых и необратимых процессов и циклов через энтропию для адиабатного процесса.

10)Получите соотношение между параметрами Р и V, Т и V, Р и Т в адиабатном процессе.

11)Как называется процесс, в котором работа совершается лишь за счет уменьшения внутренней энергии?

12)Написать уравнение теплоемкости политропного процесса и показать, что из данного уравнения можно получить теплоемкости адиабатного процесса.

13)Почему в адиабатном процессе расширения тела температура убывает, а при сжатии увеличивается?

14)Каково расположение адиабаты в Р, V и T, S – диаграммах.

15)Охарактеризовать источники погрешностей в эксперименте?