ИзобарнаяСри изохорнаяСvтеплоёмкости

Теория

Теплоёмкость (удельная теплоёмкость) является теплофизическими параметром вещества и соответствует количеству тепла, которое нужно сообщить единице количества вещества, чтобы нагреть его температуру на один градус. Теплоёмкости в зависимости от выбранной единицы вещества бывают:

массовая С (ккал/кг_*град); С (кДж/кг_*град);

объёмная С’ – отнесённая к 1 м³ газа при Т=273^оС и р.=760 мм.рт.ст.;

мольная С=mС (ккал/моль_*град),(кДж/моль_*град);

истинная - отношение теплоты, сообщаемой газу в процессе, к изменению его температуры при условии, что разность температур бесконечно мала. С = С_ист = lim_Dt®0(Dq/Dt) = dq/dt,

где q- тепло, подводимое к количественной единице газа;

t - температура ^оС.

средняя - отношение теплоты, сообщаемой газу в процессе, к изменению его температуры, при условии, что разность температур является конечной величиной.

С_m= q/(t₂-t₁),

где q - то же, что и в истинной, а t₂ и t₁ – температуры газа в начале и в конце в ^оС.

Зная средние теплоёмкости в заданном интервале температур, можно

определить тепло, сообщаемое или отнимаемое от единицы газа

Значения теплоёмкости берутся из таблиц по заданным температурам.

Опыт показывает, что при нагреве одного и того же количества газа, например 1 кг, в одинаковом интервале температур, в изобарном и изохорном процессах затрачивается различное количество тепла, причём в изобарном больше, чем в изохорном. Это объясняется дополнительным расходом тепла (кроме расхода на увеличение внутренней энергии) в изобарном процессе на совершение работы газа при его расширении против внешних сил. В изохорном процессе dq =du, то есть газ не совершает работы, а вся подведённая к системе теплота затрачивается на увеличение его внутренней энергии.

В изобарном процессе работа

l = p(V₂-V₁) или преобразуя l = R(T₂-T₁)

Основные зависимости между С_v и С_р:

С_p – С_v = R; C_p = kC_v; C_p = kR/(k-1); C_v = R/(k-1),

где k = C_p/C_v – показатель адиабаты.

При приближённых расчётах (до 150^оС) температурах можно пользоваться постоянными мольными теплоёмкостями mС_v и mС_р, что для двухатомного газа (воздух) составит:

ккал/моль град	кДж/моль град
mCv	mCp	mCv	mCp
		20,9	37,7

Экспериментальная установка

Вентилятор 1 нагнетает воздух в воздуховод 2, в котором установлен электронагреватель 7. Мощность нагревателя измеряется с помощью амперметра 4 и вольтметра 6.

Термопары 3 и 8 служат для определения температуры до и после нагревателя.

Скорость воздуха в трубе определяется по графику зависимости скорости от открытия заслонки вентилятора, (график находится на установке). Скорость замеряется прибором 9.

Определение объёмной изобарной теплоёмкости воздуха осуществляется путём нагрева движущегося в трубе воздуха и при постоянном давлении.

Объёмная изобарная теплоёмкость характеризует количество тепла, необходимого для нагрева 1 м³ газа на 1 градус в изобарном процессе. В 1м³ в зависимости от температуры и давления может содержаться различное количество газа по массе. Поэтому объёмную теплоёмкость принято относить к 1м³ газа при нормальных физических условиях, то есть р_атм = 760 мм.рт.ст. и

Т = 273 ^оК.

Количество тепла, аккумулированного воздухом за секунду, находится из выражения:

где V – объёмный расход воздуха, приведённый к нормальным физическим условиям в норм м³/сек;

(rC_р)₀¹- объёмная изобарная теплоёмкость кДж(норм м³_*град);

T₁,Т₂- температуры воздуха до и после нагревателя.

Количество тепла, подведённого к воздуху от электронагревателя за секунду, может быть определено из уравнения:

Q_нагр = I*DU(Вт), (2)

где I- сила тока в амперах;

DU- разность электрических потенциалов на зажимах нагревателя.

Скорость воздуха в трубе определяется по микровольтметру, связанному с вертушкой. Шкала микровольтметра тарирована по скорости в м/с.

Дата добавления: 2014-12-08