December 03 2016 15:36:04
School Nogma
Навигация
 
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
 
Определение удельной теплоемкости воздуха при постоянном давлении
Термодинамика и статистическая физика

Определение удельной теплоемкости воздуха
при постоянном давлении — CP

Цель работы: ознакомление с одним из методов экспериментального определения теплоемкости газа при постоянном давлении.

Экспериментальная установка

Установка выполнена в виде двух блоков: функционального модуля и блока питания. На рис. 1 представлена блок-схема (б) и лицевая панель (а) функционального модуля.

img092

Рис. 1

На передней панели модуля расположены U-образный водяной манометр с измерительной линейкой, гнезда 2 и 3 для подключения источника питания и вольтметра. Здесь же смонтирован кнопочный переключатель 4 для последовательного подключения вольтметра: к термопаре (<), балластному сопротивлению (R0) и нагревателю (Rн). Клапан 5 служит для включения подачи воздуха в установку, к штуцеру 6 подсоединяется пневмопровод от компрессора. Нормальное положение клапана 5 — “открыто”.

Воздух прокачивается компрессором через трубку 7 (см. рис. 1), размещенную в теплоизолирующей оболочке 8 (сосуд Дюара). Расход воздуха измеряют по перепаду давления на капилляре 9, который вместе с трубкой 7 образует единую проточную магистраль. Протекая через трубку, воздух нагревается электрической спиралью 10. Разность температур на входе и на выходе трубки измеряется дифференциальной термопарой, имеющей два спая – горячий 11 и холодный 12. ЭДС термопары измеряют милливольтметром, подключенным к ней через разъемы 3 и переключатель 4. Электрический нагреватель 10 питается постоянным током от блока питания, подключенного к нагревателю через разъемы 2. Напряжение на нагревателе Uн измеряют вольтметром, подключенным к нему через разъемы 3 и переключатель 4. Ток в нагревателе определяется по измеренному милливольтметром напряжению U0 на образцовом сопротивлении R0:

img093.

Для измерений теплоемкости СР в данной лабораторной работе воздух прокачивают через трубку 7 с размещенным в ней нагревателем 10, которые находятся в теплоизолирующей оболочке — сосуде Дюара.

В процессе эксперимента измеряются: количество тепла, отдаваемое нагревателем воздуху в единицу времени (Q = IP × Uн), массовый расход воздуха через трубку m, разность температур воздуха на выходе и входе в сосуд Дюара T. Величина теплоемкости СР определяется соотношением:

img094.

Данный метод измерения СР не учитывает тепловые потери калориметра ввиду их малости по сравнению с теплом, полученным воздухом.

Порядок выполнения работы

  1. Выписать данные установки и измерительных приборов.

  2. Включить электропитание приборного модуля, компрессор, вольтметр.

  3. Убедиться в том, что на выходе источника питания отсутствует напряжение. Регулятор напряжения должен быть повернут против часовой стрелки до упора.

  4. Выяснить у преподавателя, при каких значениях напряжения на нагревателе необходимо провести измерения. Рекомендуемые значения Uн = 2, 4, 6, 8, 10 В.

  5. Клавишей Rн переключателя 4 подключить вольтметр к нагревателю и регулятором напряжения источника питания установить первое из заданных значений напряжений Uн. Записать в табл. 1 показание прибора.

  6. Клавишей (<) переключателя 4 подключить вольтметр к термопаре. Наблюдать за показаниями прибора, измеряющего ЭДС термопары до тех пор, пока прибор не будет регистрировать постоянное во времени значение ЭДС термопары. Записать в табл.1 показание милливольтметра.

  7. Клавишей R0 переключателя 4 подключить вольтметр к образцовому сопротивлению. Записать показания прибора. Результат занести в табл. 1.

  8. Произвести отсчет разности уровней жидкости h в U-образном манометре и вычислить перепад давления на концах капилляра по формуле:

P = gh,

где:    r — плотность жидкости, [кг × м—3];

h — перепад уровней, [м].

  1. Определить расход воздуха в установке, используя соотношение Пуазейля

img095,

где:    rвозд — плотность воздуха, [кг × м—3];

        r0 — радиус капилляра, [м];

        l — длина капилляра, [м];

h — коэффициент внутреннего трения воздуха при данной температуре.

  1. Пункты 5 – 9 повторить для следующих четырех значений напряжения на нагревателе. Данные занести в табл. 1.

  2. Отключить компрессор, вольтметр, электропитание приборного модуля.

Данные установки

Радиус капилляра                    r0 = 0.7 мм.

Длина капилляра                 l = 58.5 мм.

Сопротивление образцового регистра  R0 = 0.1 Ом.

Коэффициент внутреннего трения

воздуха при температуре 20ºС        h = 18.1 мкПа ∙ с

Таблица 1

№ п/п UH, В U0, мВ Dei , мВ Q, Дж/с DТ, К
1




2










Обработка результатов измерений

  1. Определить по ртутному термометру температуру воздуха в лаборатории и принять ее равной температуре воздуха на входе в калориметр — Tвх.

  2. По градуировочному графику хромель-копелевой термопары определить термоэдс 0, соответствующую входной температуре Tвх.

  3. Прибавляя к каждому измеренному значению  значение 0, определить по градуировочному графику термопары температуру воздуха на выходе из калориметра — Tвых.

  4. Рассчитать разность температур воздуха на выходе и входе калориметра: T = TвыхТвх.

  5. По полученным данным построить график зависимости температурного перепада от мощности нагревателя:

Q = Iн × Uн = f(T).

Убедиться в линейности этой зависимости и вычислить коэффициент наклона прямой img096 (см. рис. 2).

img097

Рис. 2

  1. Рассчитать удельную теплоемкость воздуха при постоянном давлении:

img098.

  1. Погрешность результата CP оценить по формуле:

img099.

  1. Конечный результат представить в виде:

img100.

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: 0.05 секунд 4,191,109 уникальных посетителей