Описание установки. Вывод расчетных формул

Цель работы.

Экспериментальное определение теплоемкости воздуха при постоянном давлении методом протока. Изучение метода измерения разности температур.

2. Теоретические основы работы.

Теплоемкостью называется отношение количества теплоты, полученного телом (веществом) при бесконечно малом изменении его состояния, к вызванному этим изменением приращению температуры. Удельная теплоемкость – теплоемкость единицы массы вещества. Таким образом:

(2.1)

Здесь – элементарное количество теплоты, полученное телом, dT – элементарное изменение температуры тела, m – масса тела.

Теплоемкость одного моля вещества равна:

(2.2)

Где – молярная масса вещества.

Теплоемкость идеального газа зависит от вида процесса, в результате которого к телу подводится теплота. Для расчета теплоемкости одного моля идеального газа следует воспользоваться первым началом термодинамики для элементарного квазистатического процесса. Квазистатический термодинамический процесс – процесс, происходящий настолько медленно, что термодинамическая система в течение всего процесса остается близкой к состоянию равновесия.

(2.3)

здесь dU – элементарное изменение внутренней энергии газа, p – давление газа, dV – элементарное изменение объема. Для вычисления молярной теплоемкости необходимо знать термическое и калориметрическое уравнения состояния идеального газа. Для одного моля газа уравнение Клайперона имеет вид:

(2.4)

Выражение для внутренней энергии:

(2.5)

где R – универсальная газовая постоянная, i – число степеней свободы молекулы газа.

Из (2.1)–(2.5) получим соотношение для молярных теплоемкостей идеального газа в изохорном и изобарном процессах:

(2.6)

(2.7)

Для воздуха эффективная молярная масса , число степеней свободы молекулы (азот и кислород – двухатомные газы) i = 5. Отсюда теоретическое значение удельной теплоемкости воздуха при постоянном давлении равно:

(2.8)

Воздух считается идеальным газом.

№ 7

mV

№ 1

Экспериментальная установка состоит из функционального модуля № 7 и приборного модуля № 1, содержащего источник питания ИП, мультиметр mV и компрессор, прокачивающий воздух через пневмопровод функционального модуля (рис. 3.1).

На передней панели функционального модуля № 7 расположены крепежный винт 1, табличка с названием работы 2, водяной манометр с измерительной линейкой 3, гнезда 4, 5 для подключения источника питания и мультиметра (вольтметра) к термопаре, балластному сопротивлению и нагревателю, клапан 7 и штуцер 8 пневмопровода для подачи воздуха.

Схема экспериментальной установки показана на рисунке 3.2.

Рис. 3.1

Воздух прокачивается компрессором через трубку 9, размещенную в теплоизолирующей оболочке (сосуда Дьюара) 10. Измерение массового расхода воздуха производится по перепаду давления на капилляре 11, который, вместе с трубкой 9, образует единую проточную магистраль. Протекая через трубку 9, воздух нагревается электрической спиралью 12. Разность температур воздуха, на входе и на выходе сосуда Дьюара измеряется дифференциальной термопарой 13. Электрический нагреватель 12 питается постоянным током от блока питания приборного модуля № 1, подключенного к клеммам 4 модуля № 7. Для определения значения электрического тока в нагревателе последовательно с ним включено балластное сопротивление R_o. Термо-ЭДС термопары, напряжение на балластном сопротивлении и напряжение на нагревателе измеряются мультиметром, подключенным с помощью соединительных проводов к клеммам 5 кнопочного переключателя 6. Массовый расход воздуха в сосуде Дьюара измеряется с помощью водяного U-манометра по перепаду давления на капилляре.

	“<”

кп

Рис. 3.2

В работе определяется количество тепла, отдаваемое нагревателем воздуха в единицу времени , массовый расход воздуха m, разность температур воздуха, на входе и выходе сосуда Дьюара. Удельная теплоемкость воздуха определяется из соотношения

(2.9)

где:

- ток в нагревателе, рассчитывается по измеренному мультиметром напряжению на образцовом сопротивлении, А;

U_o – напряжение на балластном сопротивлении, В;

R_o – номинальное значение балластного сопротивления, Ом;

m – массовый расход воздуха,.

Дата добавления: 2014-01-15