3. Объект и средства исследования

Рис.2. Схема установки для определения средней изобарной

теплоемкости газов

Схема установки для определения изобарной теплоемкости представлена на рис. 2. Установка состоит из проточного калориметра 1, в котором размещен электронагреватель. На входе в калориметр и на выходе из него установлены термометры 4 и 7, измеряющие температуру исследуемого газа. Исследуемым газом в опытах является воздух. Расход газа через калориметрическую установку измеряется с помощью дроссельного устройства 2 и дифференциального манометра 3. Мощность, потребляемая нагревателем, измеряется ваттметром 8.

Для определения тепловых потерь из проточного калориметра на внешней поверхности калориметрической трубы установлен термометр сопротивления 5, при помощи которого измеряют среднюю температуру поверхности. Измерение также производится с помощью моста постоянного тока и микроамперметра. Установка «0» производится потенциометром 6.

Избыточное давление в калориметрической трубе измеряется дифференциальным манометром 3. В используемой экспериментальной установке указанное избыточное давление очень мало и при расчетах его следует принять равным нулю.

4. Порядок выполнения работы

1. Перед включением установки необходимо установить регулятор напряжения лабораторного трансформатора (ЛАТРа) в нулевое положение и убедиться, что выключен тумблер питания электронагревателя.

2.Включив напряжение питания, устанавливают вращением ручки потенциометра стрелку микроамперметра в нулевое положение, затем регулятором напряжения ЛАТРа устанавливают выбранный расход газа через калориметрическую установку, после чего включают тумблер электрического нагревателя и приступают к регистрации показаний приборов.

3. Показания приборов записывают в таблицу 1 через каждые 5 минут до установления стационарного режима, т. е. когда показания с течением времени не будет изменяться (необходимо зарегистрировать не менее двух одинаковых во времени показаний приборов).

Таблица 1

№ п/п	Температура газа, К		Расход газа, м3/с	Мощность электронагре-вателя, Вт	Температура поверхности, К	Перепад давления на дросселе, мм.в.ст.	Атмосферное давление, мм.рт.ст.
	на входе	на выходе

4. После снятия показаний измерительных приборов необходимо выключить установку, для чего сначала выключают электронагреватель, затем устанавливают регулятор ЛАТРа в нулевое положение и выключают питание установки.

5. Определяют величину потерь тепла в единицу времени, вызванных конвективным теплообменом с наружной поверхности калориметрической трубы на участке между термометрами 4 и 7 по формуле (7):

, (7)

где - коэффициент теплообмена при естественной конвекции, =5 Вт/м²К;

S_охл. - площадь теплоотдающей поверхности трубы;

Т_пов.– температура теплоотдающей поверхности;

T_окр.– температура окружающей среды.

5. По зависимости (8) определяют количество теплоты, подведенное к воздуху

в единицу времени:

Q=W-Q_k , (8)

где W – мощность электрического нагревателя.

6. Для приведения объема протекающего газа к нормальным физическим условиям можно воспользоваться уравнением состояния идеальных газов (9), откуда выражают V_н :

, (9)

где левая часть уравнения (9) представляет параметры газа на входе в калориметр, правая – значения параметров при нормальных физических условиях.

7.По зависимости (6) производят подсчет средней объемной изобарной теплоемкости воздуха с точностью до 0,01.

8. Полученное значение объемной изобарной теплоемкости воздуха по формулам (3) и (4) пересчитывают в массовую C_p и молярную C_pμ теплоемкости.

Средняя молекулярная масса воздуха =28,98 кг/кмоль,

плотность воздуха ρ_в =1,29 кг/м³.

9. Табличное значение средней для интервала наблюдаемых в опыте температур от T₁ и T₂ теплоемкости C_pтабл. определяется по приведенным табличным данным (таблица 2) с помощью известной в термодинамике зависимости (10):

, (10)

где и - табличные значения средней в интервалах температур от 273 К до T₁ и от 273 К до T₂ удельной массовой изобарной теплоемкости воздуха.

Таблица 2

Средняя в интервале температур от 273 К до T ,К

удельная массовая изобарная теплоемкость воздуха, кДж/кгК.

T , К	273	293	313	333	353	373
	1,0036	1,0039	1,0043	1,0048	1,0054	1,0061

10. Определенную в результате проведенного опыта величину массовой теплоемкости C_p необходимо сравнить с известным из результатов точных опытов табличным значением C_pтабл. и определить относительную величину ошибки лабораторного определения теплоемкости в % по зависимости (11):

. (11)