2.2 Методика определения теплоемкости

Экспериментально определение средней теплоемкости в интервале температур от t₁ до t₂ при постоянном давлении С_р производится в проточном калорифере.

Для этого через проточный калорифер пропускают газ, и в калорифере к газу подводят тепло.

Измеряют расход газа, количество подведенного тепла, температуры газа на входе в калорифер и на выходе из него.

Расчетная формула для определения теплоемкости С_р в таком калорифере может быть получена из полного уравнения первого закона термодинамики для стационарного потока, рассматриваемого между сечениями 1 и 2.

q_эл – q_тп = ( i₂ – i₁ ) + ( w₂² /2 – w₁²/2 ) + l_техн + g( h₂ – h₁ ), (8)

где q_эл - тепло, подведенное в электронагревателе к 1 кг проходящего газа;

q_тп - тепловые потери в окружающую среду в расчете на 1 кг газа;

i₁, w_1, h_1, i₂,w₂ , h₂ - соответственно энтальпия, скорость и высота расположения газового потока в 1 и 2-м сечениях калорифера;

l_техн - техническая работа.

Так как скорости газа w₁ и w₂ незначительно отличаются друг от друга, располагаемая работа не совершается, а калорифер расположен горизонтально, т.е. высоты h₁и h₂ равны, то соответствующие члены из уравнения (8) выпадают и уравнение принимает вид:

q_эл – q_тп = ( i₂ – i₁ ). (9)

Энтальпия реального газа зависит от температуры и давления и дифференциал энтальпии

имеет вид:

di = С_рdt + (∂i/∂p)_i dp (10)

Однако воздух при атмосферном давлении по своим свойствам близок и идеальному газу, а энтальпия идеального газа от давления не зависит (di/dp)_i = 0. Поэтому уравнение (10) примет вид:

di = С_рdt (11)

Для процесса, совершающегося в конечном интервале температур:

i₂ – i₁ = С_р (t₂ – t₁). (12)

Подставляя из уравнения (12) разность энтальпий в уравнение (9), получим:

q_эл – q_тп = С_р (t₂ – t₁). (13)

Отсюда получаем расчетную формулу для определения средней теплоемкости:

С_р = (q_эл – q_тп)/ (t₂ – t₁). (14)

В этой формуле q_эл и q_тп рассчитаны на 1 кг газа. Однако в эксперименте эти величины удобнее определять за 1 с - N_эл и N_тп. За 1 с через калорифер проходит не 1 кг газа, а m кг/с.

Расчетная формула, таким образом, принимает вид:

С_р = (N_эл - N_тп)/m((t₂ – t₁). (15)

Рисунок 2.1 – Схема лабораторной установки