Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа № 1.18,б
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ ТЕПЛОЁМКОСТЕЙ ВОЗДУХА ПРИ ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ И ПОСТОЯННОМ ОБЪЁМЕ
Цель работы: Определить экспериментальным путем
отнощения Cр/Сv для воздуха.
Методика измерений и вывод расчетной формулы
Непосредственное измерение удельных теплоёмкостей при постоянном давлении CP и при постоянном объёме CV экспериментально затруднительно, проще измерить отношение этих величин =CP/CV. Одним из самых простых методов определения CP/CV является методика с использованием адиабатического и изотермического процессов.
Установка состоит из баллона A, соединённого с манометром B и насосом C (рис.4.1). С помощью крана 1 баллон может сообщаться с нагнетающим насосом, а с помощью крана 2 с окружающим воздухом. Если при помощи насоса накачать в баллон некоторое количество воздуха, то давление и температура воздуха внутри баллона повышается.
Вследствие теплообмена с окружающей средой через некоторое время температура воздуха, находящегося в баллоне, сравнивается температурой внешней среды. Внутри баллона устанавливается давление
P1=P0+gh1,
где P0 - атмосферное давление, gh1 - добавочное давление, измеряемое разностью уровней жидкостей в манометре h1, - плотность жидкости, g - ускорение свободного падения.
Таким образом, состояние воздуха внутри баллона, которое назовём состоянием 1, характеризуется параметрами P0+gh1, V1, T1. Если открыть на некоторое время кран 2, то процесс расширения газа можно считать адиабатическим.
Давление в сосуде установится равным атмосферному давлению P0, температура газа понизится до T2, а объём будет
V2=V1+V,
где V - объём воздуха, вышедшего из баллона.
Следовательно, в конце адиабатического процесса (состояние 2) параметрами являются P0, V2, T2. Применяя к состояниям 1 и 2 уравнение Пуассона PV= const;
(P0+gh1)V1=P0V2 , (4.1) получим
(V2/V1) =(P0+gh1)/P0 . (4.2)
Охладившийся при расширении воздух в баллоне и вне его через некоторое время вследствие теплопроводности нагревается до температуры внешней среды T1; давление возрастает до некоторой величины
P2=P0+gh2,.
В состояниях 1 и 3 воздух имеет одну и ту же температуру (процесс изотермический). Поэтому можем применить закон Бойля-Мариотта.
(P0+gh1)V1=(P0+gh2)V2 . (4.3)
Возведя обе части уравнения (4.3) в степень ,
. (4.4)
и, пользуясь выражением (4.1) и (4.2), получим:
. (4.5)
Логарифмируя последнее выражение и решая полученное относительно , находим:
. (4.6)
Давления P0, P0+gh1, P0 +gh2 мало отличаются друг от друга, поэтому разности логарифмов давлений можно считать пропорциональными разностям давлений и приближённо положить:
Таким образом, экспериментальное определение CP/CV сводится к измерению высот h1 и h2.
4.2.2. Описание эксперимента
В стеклянный баллон 1 (рис.5.1), соединенный с компрессором 2, через напускной кран 3 накачивается воздух. Клапан сброса воздуха 4, находящийся на верхней крышке установки позволяет резко уменьшить давление в баллоне практически без теплообмена с окружающей средой. На рис.5.2 представлена передняя панель установки 6, на которой размещаются тумблеры «СЕТЬ» 7, «КОМПРЕССОР» 8,
водяной U - манометр 5, кран 3 перепуска воздуха со следующими положениями:
НАПУСК - положение ручки крана на данной отметке открывает линию к компрессору 2.
ЗАКРЫТ - положение ручки крана на данной отметке перекрывает баллон 1.
РЕГУЛИРОВАНИЕ УРОВНЯ - положение ручки крана на данной отметке позволяет отрегулировать уровень воды в коленах U - манометра после заполнения баллона воздухом.
Установка работает следующим образом
В баллон компрессором 2 накачивается воздух до определенного избыточного давления (разность уровней в коленах U - манометра должна составлять: h = 20 - 25 см. В каждой серии опытов эта разность должна быть одинаковой (регулируется краном 3).
После выравнивания температур воздуха в баллоне и окружающей среды, осуществляется быстрый сброс давления через выпускное отверстие с клапаном 4. При этих условиях процесс с достаточной точностью можно считать адиабатическим. После того, как клапан сброса закрылся, осуществляется изохорный процесс теплообмена с окружающей средой. Температура воздуха в баллоне приближается к температуре окружающей среды.
Измеряемые величины:
Перепад давления в баллоне измеряется по разности уровней в водяном U - манометре 5.
4.2.3. Порядок выполнения работы
Обработка результатов
Таблица
|
№ оп. |
H1, мм |
H2, мм |
Н, мм |
h1, мм |
h2, мм |
h, мм |
|
PAGE 6