Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
ПО СПОСОБУ КЛЕМАНА И ДЕЗОРМА
Теплоёмкостью тела C называется количество теплоты DQ, которое нужно сообщить телу для увеличения его температуры на DT=1К:
или (1)
Под dQ здесь понимается бесконечно малое приращение количества тепла, вызывающее приращение температуры на dT. Теплоёмкость является важной характеристикой, отражающей внутренние особенности строения вещества. Если масса вещества равна 1 кг, теплоёмкость называется удельной Суд, если масса равна 1 молю, теплоёмкость называется молярной Смол. Далее в работе говорится об удельной теплоёмкости. В газе различают удельную теплоёмкость при постоянном объёме Cv и удельную теплоёмкость при постоянном давлении Ср. Существование двух теплоёмкостей для газа определяется способами подачи к нему тепловой энергии Q. По первому началу (закону) термодинамики:
(2)
В этом уравнении dU – изменение внутренней энергии газа при его нагреве, p·dV – совершаемая им работа. При постоянном объёме газа второе слагаемое в уравнении (2) равно нулю, и всё тепло, получаемое газом, идёт на увеличение его внутренней энергии. Поэтому удельная теплоёмкость газа при постоянном объёме равна: (3)
Если при нагревании газа поддерживать постоянным его давление, то тепло идёт не только на увеличение внутренней энергии, но и на совершение работы. Удельная теплоёмкость при постоянном давлении оказывается равной: (4)
Следовательно, Cp > Cv. Можно показать, что соотношение между этими теплоёмкостями имеет вид:
(5)
Здесь m – масса газа, М – его молярная масса, R – универсальная газовая постоянная. Важной характеристикой газа является отношение удельных теплоёмкостей при постоянном давлении и постоянном объёме: . (6) Цель работы - определениевеличины для воздуха. Поставленная цель достигается использованием способа, предложенного Клеманом и Дезормом. В основе его лежит рассмотрение адиабатных процессов в газе при изменении его объёма и давления. Адиабатным процессом называется процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой. Связь между объёмом и давлением газа при адиабатном процессе даётся уравнением Пуассона:
(7)
Экспонента в этом уравнении определяется соотношением (6). При адиабатном процессе работа совершается только за счёт изменения внутренней энергии газа. Поэтому при адиабатном расширении температура газа понижается.
давлению. Доля газа V1, занимавшая часть объёма сосуда (отмечена пунктиром на рис.1) расширится до объёма V2. После установления в сосуде давления ро, закроем пробку. Если процесс расширения газа происходит достаточно быстро, его в первом приближении можно считать адиабатическим. Температура газа понизится до Т2. Состояние газа в этих условиях будет характеризоваться параметрами ро , V2 , T2. Затем газ, в результате теплообмена с окружающей средой, будет нагреваться, давление в сосуде повысится, и конечные параметры газа станут равными р2, V2, T1, и газ придёт в термодинамически равновесное с окружающей средой состояние. Адиабатный переход части газа V1 из состояния (1) в состояние (2) описывается уравнением:
(8)
В состояниях термодинамического равновесия (а) и (в) справедливы соотношения
(9) (10)
Совместное решение уравнений (8) – (10) приводит к выражению для показателя адиабаты : (11)
При использовании для измерения давления жидкостного манометра, давления р1 и р2 соответственно равны:
Здесь r - плотность жидкости в манометре (обычно воды), h1 и h2 - разность уровней жидкости в коленах манометра при измерении давления. Подставив значения р1 и р2 в уравнение (11), при не слишком отличающихся величинах давлений от внешнего давления ро, можно получить соотношение, позволяющее вычислить величину :
(12) ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И ПОРЯДКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
Для получения величины g в адиабатных условиях, эксперимент проводится следующим образом. Накачивают компрессором воздух в баллон, ожидают несколько минут до достижения термодинамического равновесия (состояние газа (а) на рис.1) и измеряют разность уровней в коленах манометра h1. Затем на некоторое время t открывают клапан К и выпускают воздух из баллона, после чего клапан закрывают. Через несколько минут, после достижения газом состояния термодинамического равновесия (состояние газа (в) на рис.1), измеряют разность уровней в коленах манометра h2. Эксперимент повторяют несколько раз, меняя время выпуска t, и вычисляют параметр g при разных t. После этого строят график зависимости g ( ордината) от t (абсцисса). Аппроксимируют полученную зависимость прямой линией. В точке пересечения прямой с осью g находят значение gо , отвечающее условию адиабатного расширения газа.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1.Включить стенд и компрессором (клапан “напуск”) накачать в баллон воздух так, чтобы разность уровней в коленах манометра составляла 25-30 см. Отпустить клапан напуска и подождать 4-5 минут, пока температура воздуха в баллоне не сравняется с комнатной, а разность уровней h1 в коленах манометра перестанет изменяться. Записать величину h1 в таблицу. 2.Резко нажать клапан К, соединяющий баллон с атмосферой, одновременно запустив секундомер. Выдержать клапан открытым в течение заданного времени t, после чего отпустить его. Подождать 4-5 минут и после того, как уровень жидкости в коленах манометра перестанет изменяться, определить разность уровней h2. Значения t и h2 записать в таблицу. 3.Повторить пункты 1 и 2 для остальных значений времени t выпуска воздуха из баллона. Примерные величины t указаны в лаборатории. Значения t и измеренные величины h1 и h2 записать в таблицу. 4.По данным таблицы для каждого t рассчитать величину g по уравнению (12). Вычисления проводить с точностью до трёх десятичных разрядов. Значения g также занести в таблицу. 5.По данным таблицы построить график зависимости g от t. По оси g начало отсчёта следует взять как можно ближе к наименьшему значению g из таблицы. Аппроксимировать полученную зависимость прямой линией. Экстраполируя линию до её пересечения с осью ординат, найти значение gо. Результат занести в таблицу. 6.Оценить абсолютную погрешность Dgо графическим методом. Результат занести в таблицу.
ТАБЛИЦА
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №12-А Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-03-22; Просмотров: 768; Нарушение авторского права страницы