December 05 2016 16:37:59
School Nogma
Навигация
 
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
 
Изучение эффекта Джоуля-Томсона
Термодинамика и статистическая физика

Изучение эффекта Джоуля-Томсона

Цель работы: экспериментальное наблюдение эффекта Джоуля-Томсона, изучение термодинамической теории этого явления.

В теоретическом введении должны быть рассмотрены следующие вопросы:

1. Общая термодинамическая теория эффекта Джоуля-Томсона.

2. Эффект Джоуля-Томсона для газа Ван-дер-Ваальса.

Экспериментальная установка

Рабочими элементами установки являются текстолитовая гильза 1, в которой находится войлочная пробка 2, образующая пористую перегородку (рис. 1).

img178

Рис. 1

Воздух прокачивают сквозь перегородку с помощью компрессора 3. Избыточное давление на перегородке регулируют вентилем 4, соединяющим линию с атмосферой. Закрывая вентиль, можно поднимать давление на перегородке от 0 до 0.6 МПа. Это избыточное давление регистрируется манометром 5. Температуру воздуха перед перегородкой измеряют с помощью хромель-копелевой термопары, горячий спай которой 6 расположен на входе газового потока. Температурный перепад на пористой пробке измеряют с помощью дифференциальной хромель-копелевой термопары, спаи которой расположены по обе стороны от перегородки 2.

Термоэдс термопар 6 и 7, регистрирующих температуру потока и температурный перепад на перегородке, заводится на милливольтметр 8. Измерения производят поочередно, переключая тумблер 9 либо в положение (>) — Т, либо в положение (») — ΔТ.

Операционная часть

  1. Включить электропитание тумблером «Сеть».

  2. Включить милливольтметр тумблером «V».

  3. Переключатель термопар 9 поставить в положение “>“ — измерение термоэдс термопарой перед пористой перегородкой.

  4. Включить компрессор. Вентилем 4 установить первое значение избыточного давления P1 = 0.1 МПа = 1 кг/см2.

  5. Наблюдая за показаниями милливольтметра, дождаться пока температура воздуха стабилизируется.

  6. Переключатель термопар 9 поставить в положение “»” – измерение термоэдс дифференциальной термопарой. Измерить эту термоэдс 1, соответствующую перепаду давления P1.

  7. Переключатель 9 вернуть в положение “>”. Манипулируя вентилем 4, установить следующий перепад давления на перегородке Pi.

  8. Дождаться стабилизации температуры воздуха на входе 0 и, переключив 9 в положение “»”, произвести новое измерение термоэдс дифференциальной термопары i.

  9. Меняя давление на перегородке, измерить соответствующие температурные перепады для 5 – 6 значений перепада давлений. Результаты измерений занести в табл. 1.

Таблица 1.

№ п/п P · 10—5, Па 0, мВ , мВ T2, K T2/P, К/Па
1 P1 1 

2









Обработка результатов измерений

Для каждого значения избыточного давления ΔРi:

  1. Вычислить изменение температуры воздуха перед перегородкой относительно температуры окружающей среды:

img179, °С.

  1. Определить изменение температуры при течении воздуха через пористую перегородку под действием перепада давления P0:

img180t(») = img181, ºC.

  1. Рассчитать коэффициент Джоуля-Томсона ti/Pi для каждого значения ΔPi.

  2. Рассчитать среднее значение коэффициента Джоуля-Томсона:

img182.

  1. Учитывая, что коэффициент Джоуля-Томсона связан с поправками «а» и «b» в уравнении Ван-дер-Ваальса:

img183,

оценить значение поправки «а», пренебрегая влиянием на эффект поправки «b».

Оценить погрешность полученного результата и сравнить с табличным значением.

Рекомендуемая литература

  1. Сивухин Д.В. Курс общей физики. — М.: Наука, 1975, Том 2, §§46, 104.

1. Первое начало термодинамики

1. Определить изменение внутренней энергии моля идеального одноатомного газа при изобарическом изменении объема от 10л до 20л при давлении 5атм.

2. В цилиндре под поршнем находится углекислый газ CO2 массой 0.2 кг. Какую работу совершает газ при его нагревании на img184С, если давление газа считать постоянным?

3. С некоторой массой идеального газа совершен круговой процесс 123, изображенный на диаграмме (V, T), где V – объем и T – абсолютная температура газа. Изобразить этот процесс на диаграмме (P, V), где P – давление газа, и указать, на каких стадиях газ получал и отдавал тепло.

        img185

4. Идеальный одноатомный газ расширяется согласно уравнению PV1/2 = const, где P – давление и V – объем газа. Определить молярную теплоемкость газа в этом процессе.

2. Тепловые машины

5. Каким путем можно эффективнее повысить КПД машины Карно: увеличивая температуру нагревателя T1 на DT при фиксированной температуре холодильника T2 или понижая температуру холодильника T2 на такую же величину DT при фиксированной температуре нагревателя T1?

6. Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, получает тепло от нагревателя с температурой img186 C и отдает тепло холодильнику с температурой img187С, совершая за один цикл работу 10МДж. Определить тепло, отдаваемое холодильнику за один цикл.

7. Определить работу, совершаемую идеальным газом массой m с молярной массой m при изотермическом расширении от объема V1 до объема V2 при температуре T. Какое количество тепла получил газ при этом расширении?

8. Идеальная тепловая машина, работающая по обратному циклу Карно, получает тепло от воды с температурой 273 К и передает его кипятильнику с температурой img188 К. Сколько воды превращается в пар при образовании 1 кг льда, если удельная теплота плавления льда 3,3×105 Дж/кг и удельная теплота парообразования воды 2,26×106 Дж/кг?

3. Второе начало термодинамики

9. Определить изменение энтропии одного моля идеального газа при изохорном, изобарном, изотермическом и адиабатном процессах.

10. Определить изменение энтропии одного моля вещества при его плавлении и испарении.

11. Два тела массами m1 и m2, имеющие температуры T1 и T2, помещены в адиабатическую оболочку. Определить равновесную температуру тел и изменение энтропии системы при установлении теплового равновесия, если удельная теплоемкость обоих тел равна C.

12. Определить изменение энтропии при замерзании 1 г воды с температурой img189 К.

4. Распределения Максвелла и Больцмана

13. Определить наиболее вероятную, среднюю и среднеквадратичную скорости молекул хлора при температуре img190 К.

14. Определить среднюю тепловую энергию классического гармонического осциллятора при температуре Т.

15. Определить среднюю потенциальную энергию молекул азота в однородном поле силы тяжести, если температура атмосферы считается постоянной и равной Т.

16. Определить максимальную полярную теплоемкость газа СО2 (молекула СО2 является линейной). Оценить температуру «замораживания» колебательных степеней свободы молекулы СО2, если частоты ее продольных колебаний n1=4×1013 Гц, n2=7×1013 Гц и поперечного колебания n3=2×1013 Гц.

5. Процессы переноса

17. Получить формулы для коэффициентов диффузии и теплопроводности идеального газа.

18. Средняя длина свободного пробега молекул водорода при нормальных условиях равна 1,3×10-7 м. Определить газокинетический диаметр молекулы водорода.

19. Сколько столкновений за 1с испытывает атом неона при давлении 100 Па и температуре 600 К, если его газокинетический диаметр равен 2×10-10 м?

20. Как изменится вязкость газа, если его объем уменьшить в два раза: 1) изотермически и 2) изобарически?

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.03 секунд 4,195,190 уникальных посетителей