Порядок выполнения работы:

1. Проверить правильность подключения и работу измерительных приборов (кран 3 и краны на распределительной гребенке закрыты, уровень рабочей жидкости во всех трёх манометрах – на нуле).

2. Открыть кран 8.

3. Произвести нагнетание воздуха в ресивер, не превышая 0,05 кгс/см (красная черта на манометре).

4. Открыть кран 3.

5. Открыть один кран распределительной гребенки к одному из 3-х манометров.

6. Определить и записать уровень жидкости в манометре.

7. Перекрыть кран гребенки и повысить давление до красной черты.

8. Аналогично провести опыт с другими рабочими жидкостями.

9. При определении разряжения отключить пружинный манометр от ресивера.

10. Опыт провести аналогично предыдущему. Необходимо делать не менее 3-х замеров при различных давлениях.

Обработка результатов эксперимента

1. Полученные значения избыточных давлений необходимо перевести в значения абсолютных давлений по системе СИ.

2. Все данные заносим в таблицу.

Таблица – Экспериментальные данные

Давление, создаваемое насосом	Давление, Па			Разряжение, Па
	1	2	3	1	2	3

Содержание и оформление отчета

По окончании работы составляется отчет, который должен содержать следующие данные:

1. Краткое описание работы;

2. Схему экспериментальной установки;

3. Протокол наблюдений;

4. Обработку результатов эксперимента;

5. Сравнение полученных данных для различных жидкостей;

6. Определение относительной ошибки.

Контрольные вопросы для самопроверки

1. Какие термодинамические параметры относятся к основным?

2. Что представляет собой давление с точки зрения молекулярно-кинетической энергии?

3. Какие существуют единиц измерения давлений?

4. Приборы для измерения давлений?

Практические задания для самостоятельного изучения данной темы

Исходные данные для выполнения заданий по теме «Параметры состояния идеального газа» принимаются по двум последним цифрам зачетной книжки из приложения А.

Литература

[2, с.11-32]; [4, с.12-14]; [5, с.20-25].

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Определение изобарной теплоемкости атмосферного воздуха

Цель работы: определить влияние температуры газов на удельную теплоемкость; изучить методику экспериментального определения теплоемкости газов калориметрическим методом; получить навыки в проведении экспериментальных работ и обработке опытных данных.

Задание

1. Экспериментально определить значение средней объемной изобарной теплоемкости атмосферного воздуха.

2. Определить расчетным путем мольные и массовые теплоемкости воздуха при условиях опыта.

3. Рассчитать по формулам и табличным значениям соответствующие теплоемкости, считая атмосферный воздух идеальным газом.

4. Сравнить экспериментальные и расчетные значения теплоемкостей.

Основные теоретические положения

Удельной теплоемкостью тела в каком-либо термодинамическом процессе называется то количество теплоты, полученное (отданное) единицей количества вещества для повышения (понижения) его температуры на 1 К (1 градус):

, (1)

где Q – количество теплоты, переданное телу, Дж;

А – количество вещества;

Δt – изменение температуры тела, К;

В зависимости от единицы количества вещества различают следующие виды теплоемкости:

массовую , Дж/(кгК ) (1а)

объемную , Дж/(м³К) (1б)

мольную , Дж/(кмольК) (1в)

Так как объем, который занимает газ V, зависит от условий (р, T), чаще всего его приводят к нормальным физическим условиям (Н.Ф.У.: р_н=101325Па, Т_н=273,15 К). Тогда :

, Дж/(м³К) (1б*)

Связь между удельными теплоемкостями:

, (2)

, (3)

, (4)

(5)

где – объем киломоля газа. При Н.Ф.У.: .

Поскольку количество теплоты Q зависит от характера процесса, то и теплоемкость тела зависит от условий протекания процесса, численная величина которой может изменяться от - ∞ до + ∞.

В термодинамике в основном используются теплоемкости при постоянном давлении (изобарная) и при постоянном объеме (изохорная).

Для идеального газа зависимость между изобарной и изохорной теплоемкостями описывается уравнением Майера:

или , (6)

где R - удельная газовая постоянная газа, Дж/(кгК);

- универсальная газовая постоянная, Дж/(кмольК).

Отношение изобарной к изохорной теплоемкости называется коэффициентом Пуассона или показателем адиабаты:

(7)

Так как теплоемкость идеальных газов есть величина переменная, зависящая от температуры, а теплоемкость реальных газов зависит и от давления, то в технической термодинамике различают истинную и среднюю теплоемкости.

Истинные теплоемкости реальных газов представляют собой

, (8)

где с_х0- теплоемкость данного газа в разряженном (идеально газовом) состоянии (при р0 или  ), зависящая только от температуры;

Δс_х- слагаемое, определяющее зависимость теплоемкости от давления или удельного объема и связано с изменением потенциальной составляющей внутренней энергии реального газа.

В практических расчетах при определении количества теплоты обычно применяют так называемые средние теплоемкости (формула 9).

, (9)

где – удельное количество теплоты в процессе, Дж/кг.

Поскольку составить таблицы значений для всех возможных интервалов температур практически невозможно, то в справочных таблицах приводятся значения средних теплоемкостей для некоторых газов, зависящих только от одной температуры .

Тогда теплота процесса определяется по формуле 10:

, (10)

а средняя теплоемкость - формуле 11:

. (11)

Для температур, не кратных 100ºС величины средних теплоемкостей находят по тем же таблицам, пользуясь методом интерполирования:

, (12)

где – температура, не кратная 100ºС;

и – температуры, кратные 100ºС, при которых указаны в таблицах средние теплоемкости, соответственно меньше и больше .

Схема экспериментальной установки

У становка для определения объемной теплоемкости воздуха при атмосферном давлении (см. рисунок) состоит из проточного калориметра 1 с самоулавливанием тепловых потерь, внутри которого в огнеупорной стеклянной трубке 2 размещен электронагреватель 3. Движение воздуха через трехходовой калориметр осуществляется за счет разрежения, создаваемого осевым вентилятором 4. Расход воздуха регулируется зажимом 5. Тепловая мощность, выделяемая электронагревателем, регулируется лабораторным автотрансформатором (ЛАТР) 6 и измеряется с помощью амперметра 7 и вольтметра 8. Расход воздуха измеряется расходомером, состоящим из дроссельной шайбы 9 и дифференциального манометра 10, шкала которого протарирована в м³/час. Температура поступающего на калориметр и выходящего из него воздуха измеряется термометрами 11, 12.

Рисунок – Установка для определения объемной теплоемкости воздуха: 1-калориметр; 2-огнеупорная стеклянная трубка; 3-электро-нагреватель; 4-осевой вентилятор; 5- регулировочный зажим; 6- ЛАТР; 7-амперметр; 8- вольтметр; 9- дроссельная шайба; 10- манометр; 11, 12- термометры