Связь между теплоемкостями ср и сυ, для вещества в газообразном состоянии показана в уравнении Майера:

с_р= с_υ+R, (1.6.)

где R - газовая постоянная, численно равная работе расширения одного килограмма газа при нагревании его при постоянном давлении на один Кельвин.

Для жидких и твердых тел с_р = с_υ.

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Лабораторная установка для исследования температурной зависимости теплоемкостей твердых, жидких и сыпучих тел представляет собой комплекс, состоящий из блоков питания и регулирования, измерительной ячейки и прибора Ф-136 (милливольтнаноамперметр).

Рис. 1. Измерительный блок

1 - тепломер, 2 – ампула, 3 – крышка, 4 – колпак охранный (адиабатическая оболочка), 5 – патрубок, 6 – корпус, 7 – спираль нагревателей, 8 – оболочка теплоизоляционная, 9 – образец продукта, 10 – основание, 11 – блок нагревательный, 12 – термопары.

На корпусе измерительного блока установлена измерительная ячейка, которая является важнейшей частью измерительного блока и состоит из корпуса 6, разъемной теплоизолированной оболочки 8, и металлического ядра (детали 1, 2, 4, 10, 11). Корпус 6 выполненный из металлического сплава АЛ2, состоит из двух частей и снабжен ребрами для интенсификации теплообмена на его поверхности.

Нижняя часть измерительной ячейки закреплена на плате планками, а верхняя часть установлена на этой же плате с помощью направляющей и штанги, которая обеспечивает возможность подъема и бокового поворота. Это позволяет при смене испытуемого образца поднять и повернуть в сторону на 90⁰ верхнюю часть измерительной ячейки. На передней панели блока расположены рукоятки управления, сигнальная лампа регулятора температуры; на задней - электрический разъем, клемма «земля», розетка подключения прибора Ф-136.

Нагревательный блок и охранный колпак снабжены системой отверстий, через которые осуществляется подача жидкого азота при охлаждении ядра до необходимой температуры. Развитая система отверстий обеспечивает достаточно равномерное охлаждение ядра в целом. Для охлаждения ядра ячейки жидким азотом служит канал 5 с теплоизолированными стенками, по которому поступает жидкий азот. На медном основании 10 размещены хромель-алюмелевые термопары 12 с диаметром электродов 0,2 мм, тепломер 1, рабочим слоем которого является кольцо из нержавеющей стали 12Х18Н9Т, и ампула 2 с крышкой 3, в которую помещается испытуемый образец 9.

Основание 10 и нагревательный блок 11 соединены винтами и специальной крестообразной деталью крепятся к нижней половине корпуса измерительной ячейки. Крестовины используются для вывода за корпус концов термопар и нагревателей.

(При проведении исследований в интервале отрицательных температур необходимо предварительно охладить ячейку жидким азотом, для чего:

• налить в бачок для охлаждения жидкий азот из транспортировочного сосуда Дьюара (тип АСД-16 ГОСТ 16024-79);

• установить бачок на колпак измерительного блока;

• следить по прибору Ф-136 за температурой измерительной ячейки в процессе охлаждения, последовательно переключая рукоятку «Температура» от положения «плюс 25» до «минус 100»;

• при достижении температуры в измерительной ячейке, близкой к температуре кипения азота, о чем свидетельствует равенство ЭДС термопар № 1 и № 2, снять бачок с колпака.

вопросы для самостоятельной подготовки

1. Физическая сущность полной теплоемкости.

2. Удельная массовая, удельная объемная и удельная мольная теплоемкости, размерности данных величин.

3. Зависимость теплоемкости от характера процесса.

4. Газовая постоянная. Уравнение Майера.

5. Истинная и средняя теплоемкости.

6. Как определить общее количество теплоты, полученное телом в данном процессе?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2