Визначення показника адіабати для повітря, контент-платформа
Рис.3. Термодинамічні процеси в повітрі під час проведення експерименту
ВИМОГИ БЕЗПЕКИ ПРАЦІ
При виконанні цієї роботи відсутні і не можуть виникнути небезпечні і шкідливі фактори. Однак підйом тиску в посудині компресором з ручним приводом слід проводити поступово, обертаючи маховик компресора. Це запобіжить можливість вибивання води з манометра.
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
Ознайомитися зі схемою установки і провести її огляд для визначення готовності її до роботи.
Визначити по барометра і записати в протокол вимірювань атмосферний тиск Рбар, температуру t і відносну вологість повітря в лабораторії. Відкрити кран 2 (рис.2) і при закритому крані 3, обертаючи маховик компресора 4, накачати повітря в посудину 1. Як зазначалося вище, р u 1 повинно бути якомога менше. Тому, створивши невеликий надлишковий тиск в посудині, припинити подачу повітря, закрити кран 2.
Тиск витримується протягом деякого часу, необхідного для встановлення термічного рівноваги з навколишнім середовищем, про що повинна свідчити незмінність показань манометра 5. Записати значення р u 1. Потім відкрити і при досягненні атмосферного тиску негайно закрити кран 3. Повітря, що залишився в посудині в результаті адиабатного розширення і охолодження при закінченні, почне нагріватися за рахунок ізохоричного підведення теплоти з навколишнього середовища. Цей процес спостерігається по помітного збільшення тиску в посудині до р u 3. Досвід повторити 5 разів.
Отримані результати заносяться до протоколу вимірювань за формою табл.1.
ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРИМЕНТУ
1. Визначити значення показника адіабати в кожному експерименті по (8) і ймовірне (середнє) значення показника адіабати повітря:
де n - число експериментів,
і порівняти отримане значення з табличним (табл.2):
2. Виконати дослідження процесів адиабатного розширення, подальшого ізохоричного нагрівання повітря і ефективного ізотермічного процесу, що є результатом перших двох реальних процесів.
Фізичні властивості сухого повітря при нормальних умовах
Температура t. ° C
теплоємність, кДж / (кмоль × К)
теплоємність, кДж / (кг × К)
теплоємність, кДж / (м3 × К)
Показник адіабати k
Для цього необхідно усереднити по числу експериментів термодинамічні параметри р, Т в характерних точках 1, 2, 3 (рис.3) і по ним обчислити калорические характеристики: теплоту, роботу, зміна внутрішньої енергії, зміна ентальпії і ентропії в кожному із зазначених термодинамічних процесів . Порівняти калорические характеристики реального ізотермічного процесу (характеристики, обчислені за розрахунковими співвідношеннями) і ефективного ізотермічного процесу (характеристики, що є сумою відповідних характеристик адиабатного і ізохоричного процесів).
Рівняння ізохоричного процесу має вигляд:
Питома робота ізохоричного процесу, і з першого закону термодинаміки випливає, що теплота ізохоричного процесу, Дж / кг,
Рівняння ізотермічного процесу ()
Питома робота ізотермічного процесу, Дж / кг, може бути визначена з формули:
де R = 287,0 Дж / (кг × К) - газова постійна для повітря.
Зміна внутрішньої енергії, і з першого закону термодинаміки випливає, що теплота ізотермічного процесу.
Зміна внутрішньої енергії, Дж / кг, у всіх термодинамічних процесах ідеального газу розраховується за формулою:
Зміна ентальпії, Дж / кг, в загальному випадку можна розрахувати як
де R - газова постійна для повітря.
Для зміни ентропії в загальному випадку справедливі такі формули (щодо різних параметрів):
Формули (12) для приватних термодинамічних процесів, в яких один з трьох основних параметрів залишається постійним, істотно спрощуються.
РОЗРАХУНОК ПОХИБКИ ВИЗНАЧЕННЯ
ВЕЛИЧИНИ показник адіабати
1. Абсолютна і відносна похибки досвідченого визначення показника адіабати k по (9), (10) і табличних даних визначаються за формулами:
де k табл - табличне значення показника адіабати.
2. Абсолютна похибка визначення показника адіабати за результатами вимірювання надлишкових тисків р u 1 і р u 3 (9) обчислюється за формулою:
де D р u = D р u 1 = D р u 3 - абсолютна похибка вимірювання надлишкового тиску по U -образні манометру, яка може бути прийнята рівною 1 мм вод. ст.
Відносна похибка,%, визначення показника адіабати за результатами вимірювань:
Питання для самоперевірки
1. Вкажіть відмінність у поняттях адиабатного і ізоентропного процесів.
2. Яку термодинамічну величину називають показником адіабати? Поясніть фізичний зміст показника адіабати.
4. Чому на Адіабатний процес крім умови q = 0, накладається додаткова умова dq = 0?
5. Напишіть рівняння адіабати.
6. Отримайте вираз для роботи адиабатного процесу.
7. Напишіть і поясніть вираз для зміни внутрішньої енергії у всіх термодинамічних процесах.
8. Напишіть і поясніть вираз для зміни ентальпії в загальному вигляді.
9. Напишіть вираз для зміни ентропії в загальному вигляді. Отримайте спрощені вирази для приватних термодинамічних процесів.
10. Чим характеризується Ізохоричний процес, і які його рівняння, робота, теплота?
11. Чим характеризується ізотермічний процес, і які його рівняння, робота, теплота?
12. Що називається приватним термодинамічних процесом зміни стану газу? Перерахуйте їх.
13. У чому полягає сутність теорії диференціальних рівнянь термодинаміки? Напишіть об'єднане рівняння першого і другого законів термодинаміки.
14. Зобразіть криву адіабати в p - v - і T - s -коордінатах. Чому в p - v - координатах адіабата завжди йде крутіше ізотерми?
15. Що показують майданчики під кривими термодинамічних процесів в p - v - і T - s -коордінатах?
16. Зобразіть криву ізохорами в p - v - і T - s -коордінатах.
17. Зобразіть криву ізотерми в p - v - і T - s -коордінатах.
1. Кириллин термодинаміка. 3-е изд. перераб. і доп. М. Наука, 19с.
2. Нащокін термодинаміка і теплопередача: навчальний посібник для вузів. 3-е изд. исправл. і доп. М. Вища школа, 19с.
3. Гортишов і техніка теплофізичні експерименту. ; під ред. М: Вища школа, 1985. С.35-51.
4. Теплотехніка: підручник для вузів. під ред. 2-е изд. перераб. М. Вища школа, 19с.
ВИЗНАЧЕННЯ показник адіабати ДЛЯ ПОВІТРЯ
Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи
по курсам «Теплотехніка», «Технічна термодинаміка
і теплотехніка »,« Гідравліка і теплотехніка »
Склали: СЕДЕЛКІН Валентин Михайлович
КУЛЕШОВ Олег Юрійович
КАЗАНЦЕВА Ірина Леонідівна
Ліцензія ВД № 000 від 14.11.01
Підписано до друку Формат 60 '84 1/16
Бум. тип. Ум. печ. л. Уч.-изд. л.
Тираж прим. замовлення Безкоштовно
Саратовський державний технічний університет
Саратов, Політехнічна вул. 77
Надруковано в РІЦ СГТУ. Суми, Політехнічна вул. 77