Контрольные вопросы

1. Какой процесс называется изохорным?

2. Перечислите параметры, приведённые в таблице экспериментальных данных.

3. Математическая связь между давлением и абсолютной температурой в изохорном процессе.

4. Математическая связь между энтропией и абсолютной температурой в изохорном процессе.

5. Изобразить изохорный процесс в PV и TS координатах. От чего зависит направление процесса?

6. Определение внутренней энергии. От каких параметров зависит реального и идеального газов?

7. Математическое выражение 1-го закона термодинамики.

8. Как определить по опытным данным теплоту, необходимую для нагревания воздуха в посудине от температуры или от ?

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

Лабораторная работа №4 Градуирование термопар

Цель работы – ознакомление с оборудованием и методикой градуирование термопар. Измерение температуры термопары основывается на определённой зависимости между термоэлектродвижущей силы (термоЭДС), которая устанавливается в цепи разных проводников и разницей температур в местах их соединений. Механизм появления термоЭДС поясняется электронной теорией, согласно которой концентрация в металлах свободных электронов зависит от рода проводника и его температуры. В цепи двух разнородных проводников (рис.18), в местах столкновения двух разнородных металлов, например, в спае 1 электроны диффузируют с металла А в металл В в большем количестве, чем с металла В в металл А. Итак, металл А заряжается позитивно, а металл В – негативно. Электрическое поле, которое возникает при этом в месте столкновения, мешает этой диффузии и когда скорость диффузионного перехода электронов равняется скорости их обратного перехода под действием поля, которое установилось, наступит состояние подвижного равновесия. В таком состоянии между металлами А и В возникнет некоторая разница потенциалов. Т.к. концентрация свободных электронов кроме природы проводника зависит также от температуры, то ЭДС в спаях 1 и 2 будут разными. Термоэлектрический ток возникает также и в замкнутом однородном проводнике при наличии градиента температуры. В замкнутой электрической цепи, которая состоит из двух разнородных проводников А и В действуют одновременно оба ранее определённых фактора, которые вызывают появление в спаях 1 и 2 в зависимости от температур t и t _o и материалов термоэлектродов двух суммарных термоЭДС , взятых при ходе по кругу против часовой стрелки

с учётом, что , получим:

Таким образом ЭДС, которая возникает в электрической цепи из разнородных проводников, места спаев которых имеют разные температуры, равняется разнице ЭДС и. Так как значение этих ЭДС определяется температурами соприкосновения, в общем виде зависимость термоЭДС, которая возникает в цепи из двух разнородных проводников можно представить так:

(5.1)

Спай 2, размещённый в среде, температура которого определяется , называется рабочим или горячим, а спай 1 – холодным. Градуированной называется зависимость разницы температур горячего и холодного спаев от ЭДС, когда температура холодного спая 0 ^оС.

(5.2)

Рис.18 Рис.19 Рис. 20

Градуированную зависимость (5.2) находят опытным путём. ТермоЭДС измеряют цифровым вольтметром. Для присоединения вольтметра надо разорвать один из проводников (рис.19), или цепь термопары в спае 1 (рис.20). Несмотря на внешние различия этих систем (рис.19,20) термоЭДС, которая развивается термопарами в обоих случаях будет одинакова, если будут одинаковы температуры холодных и горячих спаев. ТермоЭДС термопары не изменяется от введения в её цепь 3-го проводника, если температуры концов этого проводника одинаковы. Этот факт говорит о том, что способ изготовления спаев (сваривание, спаивание) на величину термоЭДС не влияет, если размеры спая такие, что температура его во всех точках одинакова.

Описание установки для градуирования термопар.

Градуирование термопар можно осуществлять двумя способами:

1) По постоянным точкам плавления (затвердевания) химически чистых веществ.

2) Сравнением их показателей с показателями образцовых термометров, термопар.

Градуирование термопар в интервале 0...200 °С осуществляют сравнением с лабораторным термометром, цена деления которого составляет 0,1 °С. Установка для градуирования термопар изображена на рис.19. Термостат заполняют дистилированной водою в случае градуирования от 0 до 100 °С или транчформаторным маслом при градуировании в интервале от 0...200 °С. Рабочие спаи термопар крепко прикрепляют ниткой к ртутному балону термометра и погружают в пробирку с трансформаторным маслом, которую опускают в термостат. Аналогично размещают холодных спай в термосе с тающим льдом.

Рис.21 Схема установки для градуирования термопар

1-термостат; 2-термопара; 3-термос; 4-вольтметр; 5-лабораторный термометр;6-электроконтактный термометр; 7-электромешалка; 8-электронагреватель.

Термостат имеет электроконтактный термометр, который позволяет поддерживать в термостате необходимую температуру с точностью до 0,1 °С. Настройка контактного термометра осуществляется вращением магнитной головки, что приводит к измению положения движущегося контакта. Когда столбик ртути доходит до движущегося контакта, нагреватель выключается и гаснет сигнальная лампочка.

Выполнение работы

1. Изготовить термопару.

2. Подключить термопару к вольтметру, установить рабочий спай вместе с лабораторным термометром в термостат, а холодный спай в термос.

3. Ознакомьтесь с установкой для градуирования термопары, правилами использования термостатом и измерительными приборами. Установку включают после разрешения преподавателя.

4. Измеряют вольтметром ЭДС термопары и температуру горячего спая лабораторным термометром.

5. Включают термостат, затем мешалку и нагреватель.

6. Настаивают электроконтактный термометр на температуру, которая выше предыдущей на 5^оС. После достижения заданной температуры и выхода на установленный режим измеряют вольтметром ЭДС термопары и температуру горя-чего спая лабораторным термометром. Таким образом выполняют 8-10 опытов при разных температурах горячего спая. Полученные результаты заносят в таблицу 4.

Таблица 4

№ п/п	Исследуемые величины		Расчётные величины
	t i	E i	t iE i	E2i	t рi= ao+a1 Ei	 t i =t i - t рi	 t I=
1
2
n
	 t i	 E i	 t iE i	E2i

7. На графике в t-E координатах наносят полученные точки и строят градиентную зависимость t =a₁E, коэффициент а₁ определяют по методу наименьших квадратов по формуле:

(5.3)

Контрольные вопросы

1. Устройство термопары. Из каких проводников изготавливают термопары?

2. Принцип действия термопары.

3. Что означает проградуировать термопару?

4. Способы градуирования термопар.

5. Способы представления градуированной зависимости.

6. Каким методом получена градуированная зависимость?

7. Назначение термопары.

8. Как определить температуру с помощью термопары?