Обработка результатов опыта

Подсчитывают средние значения измеренных величин. По формуле (7) определяют количество теплоты, подведенной к воздуху. Скорость воздуха находят из выражения (10) с использованием уравнений (11), (12). Секундный расход воздуха определяют по формуле (9), объемную изобарную теплоемкость находят из выражения (8). Полученную величину c_p’ сравнивают с табличным значением.

Контрольные вопросы

1. Что называется теплотой? Дайте определение теплоемкости. Что характеризует теплоемкость?

2. Дайте определение массовой, объемной и мольной теплоемкостей и укажите связь между ними. Каковы размерности теплоемкостей?

3. От чего зависит теплоемкость идеальных газов?

4. Как определить теплоемкость при постоянном давлении с_р и постоянном объеме с_v?

5. Какова зависимость теплоемкости газов от температуры? Изобразите графически данную зависимость, напишите формулы для определения истинных и средних теплоемкостей и покажите как их найти.

6. Дайте определение истинной и средней теплоемкостей. Как найти их графическим способом? Как определить среднюю теплоемкость в интервале температур от t₁ до t₂?

7. Каковы пределы изменения теплоемкости? Как определяется знак теплоемкости?

8. Напишите уравнения Майера для массовых и мольных теплоемкостей.

9. Как определить с_v и с_р из уравнения Майера и отношения теплоемкостей?

10. Каковы значения теплоемкостей в изотермическом и адиабатном процессах?

11. Напишите формулы для определения q_p и q_v , Q_p и Q_v.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4

Определение показателя адиабаты для воздуха

Цель работы – экспериментальное определение показателя адиабаты k для воздуха и исследование процессов изменения состояния газа.

Краткие теоретические сведения

Процесс, протекающий без подвода и отвода теплоты, то есть при отсутствии теплообмена рабочего тела с окружающей средой, называется адиабатным, а график процесса называется адиабатой. Для получения адиабатного процесса необходимым и обязательным условием является q=0.

В реальных условиях адиабатный процесс может быть осуществлен при наличии тепловой изоляции системы от окружающей среды, а также при большой скорости протекания процесса, когда теплообмен с окружающей средой практически отсутствует. Уравнение адиабаты для идеального газа имеет вид:

(13)

где : p – давление газа, Па;

– удельный объем газа, м³/кг;

k – показатель адиабаты.

Адиабата в координатах принадлежит к семейству неравнобоких гиперболических кривых. На диаграмме адиабата изображается прямой, перпендикулярной оси энтропий. Поскольку единственным признаком подвода или отвода теплоты в процессе является изменение энтропии ∆s, то адиабатный процесс является одновременно изоэнтропийным процессом s = const, а ∆s=0.

Величина показателя адиабаты k зависит от атомности газа и равна отношению теплоемкостей при постоянном давлении и постоянном объеме:

Показатели адиабаты идеальных газов определяются на основе молекулярно-кинетической теории газов и они равны:

- для одноатомных газов k=1,67

- для двухатомных газов k=1,4

- для многоатомных газов k=1,33

Так как k>1, то адиабата, представленная уравнением в p-υ координатах пойдет круче, чем изотерма в связи с увеличением удельного объма.

Показатель адиабаты может быть определен из уравнения (13), если для адиабатного процесса известны параметры , в начальном и в конечном состоянии. После подстановки значений этих параметров в уравнение (13) и его логарифмирования расчетная формула имеет вид:

или ,

откуда

или . (14)

Соотношения между основными параметрами в адиабатном процессе могут быть представлены формулами:

; ; .

Уравнения удельной работы изменения объема, совершаемой телом при адиабатном процессе, имеют вид:

Уравнение первого закона термодинамики для адиабатного процесса при q=0 примет вид:

Изменение внутренней энергии и энтальпии, соответственно, определяются по формулам:

∆u=u₂-u₁=c_v(T₂-T₁),

∆i=i₂-i₁=c_p(T₂-T₁)