 |
В данной работе определяется изобарная теплоемкость воздуха, так как его давление при нагреве в лабораторной установке (калорифер) не меняется.
|
|
|
|
Рис. 6.3. Схема установки для определения средней изобарной теплоёмкости воздуха
Принципиальная схема установки приведена на рис. 2. Установка состоит из: проточного калорифера 1, электронагревателя 2, автотрансформатора 3, электровентилятора (воздуходувки) 4, газового расходомера (счётчика) 5, вольтметра 6 и амперметра 7. Кроме того для измерения атмосферного давления в лаборатории имеется барометр и секундомер для измерения времени экспозиции при выполнении опытов.
Методика выполнения опытов следующая:
– ознакомьтесь с установкой на месте;
– определите фактическую температуру воздуха на входе в калорифер.
Для этого включите установку и, не включая нагреватель калорифера, дождитесь установления постоянства температуры воздуха на выходе из калорифера (измеряется термометром t 2). В начальный момент температура воздуха, выходящего из калорифера, будет быстро увеличиваться по сравнению с температурой воздуха в лаборатории в следствие его сжатия в вентиляторе. Со временем эта температура воздуха стабилизируется (установка выйдет в первый стационарный режим работы). Эту температуру принимаем в качестве начальной температуры воздуха, поступающего в калорифер (t 1). Записываем это значение в соответствующую колонку таблицы опытных данных.
– подайте при помощи автотрансформатора напряжение на нагреватель калорифера в пределах 90-120 В. Дождитесь установления постоянства температуры воздуха на выходе из калорифера (определяется по показаниям термометра t 2), то есть второго стационарного теплового состояния установки;
– для проведения опыта необходимо одновременно измерить значение температуры воздуха на выходе из калориметра (t 2) и показания газового счетчика(две цифры до запятой и две после по шкале счетчика) в начале и конце экспозиции (180 сек);
|
|
|
– показания счетчика записать в таблицу опытных данных;
– усреднить значение температуры воздуха после калориметра (t 2) (полусумма значений в начале и конце экспозиции); полученное значение записать в таблицу;
– измерить и записать атмосферное давление.
Таблица 1
Таблица величин, измеренных в процессе проведения опытов
| №№ опытов | Показания электроприборов | Данные для расчета расхода воздуха | Температура воздуха, 0С | Атмосферное давление | ||||
| напряжение U, B | сила тока I, A | показания газового счетчика | время между замерами t, с | при входе в, t1 | при выходе из, t2 | Р атм = = мм рт. ст. = Па | ||
Обработка результатов измерений:
– рассчитываем значение средней объемной изобарной теплоемкости воздуха в заданном интервале температур(t 2, t 1)
|
где Q = U · I · x ·10-3, кВт (то есть кДж/с) — тепловая нагрузка калориметра в единицу времени (количество теплоты выделяющейся в проводнике нагревателя при прохождении тока);
х = 0,87 — доля теплоты, идущей на нагрев воздуха;
— расход воздуха через калорифер, пересчитанный к нормальным условиям (р 0 = 760 мм рт.ст. или 1,01325·105; t 0 = 0°С или Т0 = =273,15 К);
— объёмный расход воздуха, проходящего через счетчик, при температуре t 2;
τ — время экспозиции (обычно 180 сек).
– рассчитываем значение средней массовой изобарной теплоемкости воздуха в заданном интервале температур (t 2 t 1)
где 
— плотность воздуха при нормальных условиях (р0 подставляется в Па и Т0 в градусах Кельвина, соответственно)
здесь R = R μ/μв = 8314/28,96 = 287,1 Дж/(кг·К) — удельная газовая постоянна воздуха;
R μ — удельная газовая постоянная, Дж/(кмоль·К);
μв — кажущаяся молекулярная постоянная воздуха, кг/моль.
|
|
|
– рассчитываем значение средней мольной (молярной) теплоемкости воздуха в заданном интервале температур (t 2, t 1)
– рассчитываем значение теоретической (табличной) средней мольной изобарной теплоемкости воздуха в интервале температур проведения опыта (t 2, t 1)
где 
— среднее значение температуры воздуха в опыте.
– рассчитываем относительную погрешность измерения средней изобарной теплоемкости воздуха по сравнению с теоретическим (табличным) значением 
Внимание! Перед подстановкой в это уравнение значений соответствующих величин, необходимо согласовать их размерности. В частности, учесть, что 1 ккал = 4,1868 кДж.
Контрольные вопросы:
1. Дайте математическое и физическое определения понятиям «истинная и средняя теплоемкости вещества».
2. Значение какой теплоемкости (истинной или средней) можно рассчитать по измеряемым в работе параметрам? Поясните почему.
|
|
|
