Лабораторная работа № 4 Определение изобарной теплоемкости воздуха

1. Цель работы.

Определение числовых значений изобарной теплоемкости воздуха в функции температуры.

2. Основные теоретические положения.

При вычислении теплоты, необходимой для нагрева газов, очень важно правильно выбрать числовое значение теплоемкости, зависящей от многих факторов: природы газа процесса, давления, температуры и др.

К аждому термодинамическому процессу отвечает свое числовое значение теплоемкости, меняющееся в пределах ± ∞ , переходя при адиабатном процессе через нуль. Однако особая роль при этом отводится экспериментально определяемым изобарной и изохорной теплоемкостям, так как все прочие могут быть вычислены через них. Как известно из термодинамики, теплоемкость в политропном процессе вычисляется по формуле

(1)

где: С - теплоемкость в данном политропном процессе;

С_v - изохорная теплоемкость;

n - показатель степени в уравнении политропы;

k - показатель степени в уравнении адиабаты;

С_p - изобарная теплоемкость.

В лабораторной работе определяется удельная изобарная теплоемкость воздуха методом проточного калориметрирования. В этом случае основное расчетное уравнение имеет вид (2)

где: V₀ - замеренный в опыте и приведенный к нормальным физическим условиям

расход воздуха, м³/с ;

С´_pm - средняя объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении в

интервале температур t₁ ÷ t₂ , Дж/м³ град ;

t₁ - температура воздуха при входе в установку;

t₂ - температура воздуха при выходе из установки;

Q - количество теплоты, усвоенной воздухом в единицу времени, определяемое

по мощности электронагревателя, Вт.

3. Описание лабораторной установки.

Лабораторная установка (рис.1) состоит из стеклянной трубки 1, являющейся калориметром, в которой происходит нагрев воздуха при омывании им электронагревателя 2, размещенного внутри трубки. Температура воздуха на входе в калориметр замеряется комнатным термометром, а на выходе – термопарой 10, подсоединенной к потенциометру 9 типа ПП-63. Объем воздуха, прокачиваемого вентилятором 8 через калориметр, измеряется ротаметром 3. Перевод показаний ротаметра в расход в м³/сек производится с помощью тарировочного графика.

Рис.1. Схема лабораторной установки

Вентилятор вращается электродвигателем 7, напряжение питания которого, а следовательно и частота вращения регулируется автотрансформатором 6. Питание на электронагреватель подается от автотрансформатора 4 через измерительный комплект 5 типа К-505. Оба автотрансформатора включаются в сеть переменного тока 220 В.