2.2 Методика проведення експерименту
У даній роботі для визначення ізобарної теплоємності повітря використовується метод проточного калориметрировування. Через проточний калориметр пропускають повітря, що нагрівається розташованим усередині електронаг-рівачем. У стаціонарному режимі вимірюють підведену до повітря від нагрівача теплоту, температури повітря на вході і виході з калориметра і його витрата. Теплоємність розраховують на підставі рівняння першого закону термодинаміки для потоку, записаного для вхідного і вихідного перетинів калориметра
(2.6)
де питома теплота, віднесена до 1 кг повітря
q - підведена до повітря в калориметрі;
-
підведена до повітря від нагрівача;
-
теплові втрати калориметра в навколишнє
середовище.
Різниця швидкостей ω 1 і ω 2 і висот х1 і х2 мала, технічна робота не відбувається ( LТ), теплові втрати в калориметрі самоулавлюється ( = 0) тоді рівняння (2.6) приймає вид
.
(2.7)
Тому
що
пов'язано з електричною потужністю
нагрівача W і масовою витратою повітря
через калориметр, то
(2.8)
Єднаючи формули (2.7) і (2.8), одержуємо формулу для визначення середньої ізобарної теплоємності
(2.9)
Перед виконанням лабораторної роботи вивчите схему опитної установки, що наведена на рисунку 2.1.
Основна частина установки, зображеної на рисунку, - проточний електрокалориметр 5, що подає собою багатоходовий скляний теплообмінник. На осі розміщений нагрівач 6 із ніхромової спіралі опором біля 90 Ом. Потік повітря з зовнішніх каналів підходить до нагрівача, забезпечуючи тим самим самоуловлювання теплових витрат із центральної нагрітої зони підхожим холодним повітрям.
Температура повітря на вході й виході з калориметра вимірюється хроміль-алюмелєвими термопарами. Для визначення середньої по перетину потоку температури нагрітого повітря термопара на вході розміщена на мідному штахеті, перпендикулярної до осі потоку. Термопари залучені до багатоканального цифрового приладу 10 для виміру температури типу А - 565. Температури t1 і t2 відповідно на вході і виході в градусах Цельсія індицирується на табло приладу при натисканні клавіші відповідного каналу. Повітря подається компресором 9. Витрата повітря регулюється за допомогою голчастого вентиля 7. Об'ємна витрата вимірюється за показниками ротаметра 8 і його градуйованому графіку для повітря (див. рис. 2.2 ).
Електрична потужність нагрівача 6 регулюється лабораторним автотрансформатором 3 і вимірюється ватметром 4. Тиск повітря в калориметрі визначається по показанню барометра в помешканні лабораторії. Після вивчення схеми опитної установки приступити до виконання роботи.
1. Вимикачем 1 подати напругу на установку, при цьому повинна зайнятися лампочка 2.
2. Вентилем 7 ротаметра 8 встановити і підтримувати необхідну витрату повітря. Значення витрати зчитивають на шкалі ротаметра по верхній точці кульки - поплавця й визначають по градуйованому графіку (рисунок 2.2).
3. За допомогою автотрансформатора встановити необхідне значення потужності на нагрівачі 6 (контролюють по ватметру).
1 – вимикач; 2 - лампа; 3 - автотрансформатор; 4 - ватметр;
5 - проточний електрокалориметр; 6 - нагрівач; 7 - вентиль;
8 - ротаметр; 9 - компресор; 10 - багатоканальний цифровий прилад для вимірювання температури.
Рисунок 2.1 - Схема установки
4. Вихід установки на стаціонарний режим визначити по температурі t2 повітря після калориметра, для чого значення t2 з інтервалом 3 хвилини зафіксувати і занести в окрему таблицю (максимальний час виходу на режим 30 хвилин). Коли значення t2 установиться (максимальна температура повітря на виході з калориметра не більш 60 0С), визначити показання ватметра, ротаметра, барометра, температури t1 і t2 по цифровому приладу і занести їх у таблицю.
5. Після узгодження з викладачем отриманих результатів провести 2-3 досвіду при інших режимах, що рекомендуються значення витрат 40, 60, 80, 90 розподілів по шкалі ротаметра і відповідно потужності 1; 1,5; 2,0; 2,5 Вт, але не більш 6 Вт.
6. Після закінчення досвідів ручку автотрансформатора встановити в нульове положення, виключити вимикач 1, через хвилину закрити вентиль 7, а співробітник лабораторії відключає компресор 9.