Определение изобарной теплоемкости воздуха
цель работы
Усвоение и закрепление теоретического материала по разделу технической термодинамики "Теплоемкость газов", а также овладение одним из способов экспериментального определения теплоемкости воздуха.
Задание
Изучить схему экспериментальной установки, включить ее и вывести на заданный стационарный режим.
Провести опыт в соответствии с методическими указаниями, заполнить таблицу измерений.
Определить массовую изобарную среднюю теплоемкость воздуха.
Найти справочное значение массовой изобарной средней теплоемкости воздуха на заданном интервале температур.
Вычислить погрешность найденного значения массовой изобарной средней теплоемкости по отношению к табличному.
Сделать выводы по работе.
Методические указания
Удельной теплоемкостью называется количество тепла, которое необходимо подвести к единице количества вещества ( 1 кг , 1 моль , 1 м3 ), чтобы изменить его температуру на 1 градус. В связи с этим различают массовую с, кДж/(кг·град), мольную μc, кДж/(кмоль·град) и объемную с', кДж/(м3·град) теплоемкости, которые связаны соотношениями:
;
;
(1)
,
где μ – молекулярная масса вещества, кг/моль;
ρн – плотность вещества при нормальных условиях ( t = 0 ˚С, p = 760 мм.рт.ст), кг/м3.
Поскольку подводимая к телу теплота зависит от характера процесса, теплоемкость будет свойством системы лишь в том случае, если процесс осуществляется при фиксированном значении какого-либо параметра системы:
(2)
Теплоемкость при x = V = const называется изохорной (Cv), а при x = p = const – изобарной (Cp). Эти теплоемкости для идеальных газов связаны соотношением:
Cp - Cv = R , (3)
называемым уравнением Майера.
Определяемая выражением (2) теплоемкость при данной температуре называется истинной.
Если в процессе нагрева (охлаждения) при постоянном давлении участвует М кг газа, средняя массовая изобарная теплоемкость (Дж/(кг · град)) определяется по формуле
,
где Q – количество теплоты, Дж;
( t2 – t1 ) – интервал температур, °С.
Данная формула положена в основу экспериментального определения изобарной теплоемкости воздуха.
Экспериментальная установка
2
5
1
Рисунок. Схема экспериментальной установки
Экспериментальная установка (рисунок) состоит из калориметрической стеклянной трубки 3, снабженной электронагревателем 4 и наружной теплоизолирующей оболочкой 5. Воздух вентилятором 10 продувается через калориметрическую стеклянную трубку 3. Расход воздуха регулируется автотрансформатором 9 и измеряется ротаметром 11. Мощность нагревателя регулируется автотрансформатором 8 и определяется по показателям амперметра 6 и вольтметра 7. Температура воздуха на входе и выходе из трубки измеряется термометрами 1 и 2, а абсолютное давление определяется по показаниям U-образного водяного манометра 12 и барометра 13.