1.1. Краткие теоретические сведения

Удельной теплоемкостью рабочего тела называется количество теп­лоты, подведенной к единице вещества в процессе для повышения его температуры на 1°С.

Количество вещества выражается в единицах массы, объем - в молях, поэтому различают массовую, объемную и мольную удельные теплоемкости. Теплоемкость рассматривается в процессе, в котором некоторый параметр тела X остается неизменным. Таким параметром может быть давление тела, его удельный объем или некоторая функция параметров тела. Истин­ная теплоемкость рабочего тела при данной температуре в данном со­стоянии.

(1.1)

Если к рабочему телу, имеющему температуру подводится в процессе количество теплоты , в результате чего температура тела повышается до , то среднюю теплоемкость, отнесенную к определенному интервалу температуры, можно определить следующим образом:

. (1.2)

Теплоемкость в процессе при постоянном давлении называется изобарной, а при постоянном объеме - изохорной. Согласно уравнению (1.1).

; .

Теплоемкость в процессе при постоянном давлении называется изобарной, а при постоянном объеме - изохорной. Согласно уравнению (1.1).

; .

Учитывая, что уравнение первого закона термодинамики для обра­тимых процессов имеет вид: , можно написать:

; . (1.3)

У идеальных газов внутренняя энергия не зависит от давле­ния и объема, а зависит только от температуры, поэтому

Учитывая выражения (1.3) и (1.4), а также

для идеальных газов, разность теплоемкостей можно представить в виде

.

У реальных газов внутренняя энергия и удельный объем являются функциями двух независимых параметров, например и . Следовательно, и теплоемкость является функцией двух независимых параметров. Зависимость теплоемкости от давления мала и ею в техни­ческой термодинамике пренебрегают. Средняя теплоемкость определяется по (1.2) и приводится в таблицах экспериментальных зна­чений, которые составлены для большинства веществ в интервалах от 0 до °С. Формула для определения средней теплоемкости в произволь­ном диапазоне изменения температур от до на основании (1.2) имеет вид:

.

1.2. Экспериментальная установка

Рабочим участком установки является прочный калориметр с самоулавливанием тепловых потерь (рис. 1.1).

Рисунок 1.1 - Схема рабочего участка установки

Корпус 1 калориметра представляет собой многоходовой теплообменник, внутри которого в стеклянной трубке 2 размещен электрический нагреватель 3. Поток воздуха во внешних каналах создает адиабатные усло­вия. Схема экспериментальной установки изображена на рис. 1.2.

Напряжение и сила тока; подводимого к нагревателю калориметра 1, измеряются вольтметром 9 и амперметром 8, Мощность регулируется автотрансформатором 10. Расход воздуха через калориметр определяется с помощью диафрагмы 4, перепад давления на которой измеряется дифманометром 5, а разрежение перед диафрагмой - вакуумметром 6. Температура воздуха перед расходомерным устройством равна температуре окружающей среды и измеряется лабораторным термометром 7. Температура воздуха на входе в калориметр принимается равной температуре перед расходомерным устройством. Температура воздуха на выходе из калориметра измеряется термопарами ТХК 14, напряжения которых регистрируются стрелочным милливольтметром 12. Температуру воздуха на выходе определяют по интерполяционной формуле:

, (1.4)

где - показания милливольтметра, мВ.

Рисунок 1.2 - Принципиальная схема экспериментальной установки

Воздух движется через калориметр за счет разрежения, создавае­мого вакуумным насосом 3. Расход регулируется вентилем 2. Установка подключается к электросети выключателем 11, при этом загорается индикаторная лампа.