Основные теоретические положения. Методические указания для

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ МАССОВОЙ ИЗОБАРНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ ВОЗДУХА

Методические указания для

выполнения лабораторной работы

Иваново 2005

Составители: И.М. ЧУХИН

А.В. ПЕКУНОВА

Редактор Т.Е. СОЗИНОВА

Данные методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлениям 650800 – “Теплоэнергетика”, 651100 – “Техническая физика”, 657900 – “Автоматизированные технологии и производства”, специальностей 140101, 140103, 140104, 140106, 220301, 140105 и 140404 теплоэнергетического, инженерно - физического и других факультетов, на которых изучают теплотехнические дисциплины.

Они включают основные теоретические положения, описание экспериментальной установки и порядок проведения опыта для выполнения лабораторной работы на физическом стенде по определению средней массовой изобарной теплоемкости воздуха.

Методические указания утверждены цикловой методической комиссией ТЭФ

Рецензент

кафедра теоретических основ теплотехники ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина»

ТРЕБОВАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

при выполнении лабораторной работы

1. К выполнению работы допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности в лаборатории технической термодинамики с записью в соответствующем журнале и личными подписями студента и преподавателя, проводившего инструктаж.

2. Включение и выключение установки осуществляются только инженером или лаборантом с разрешения преподавателя.

3. Приступать к выполнению работы разрешается только после ознакомления с методикой проведения эксперимента и самим лабораторным стендом, в чем должен убедиться преподаватель.

Запрещается:

а) осуществлять подключение стенда к электропитанию и последующее его отключение;

б) подключать и отсоединять любые электрические кабели, провода, заземления и другие соединения оборудования;

в) притрагиваться к неизолированным частям любых проводов, к радиаторам и трубопроводам систем отопления, водоснабжения и канализации, если таковые обнаружатся;

г) работать при отсутствии света или недостаточном освещении.

4. Обо всех замеченных неисправностях на установке немедленно докладывать преподавателю и до их полного устранения к выполнению работы не приступать.

Цель работы

1. Экспериментально определить величину средней массовой теплоемкости воздуха при постоянном давлении c_pm, в интервале температур от t₁ до t₂.

2. Сравнить найденную величину c_pm с ее значением из справочных данных [1].

3. Вычислить величины средних теплоемкостей воздуха: массовой при постоянном объеме c_vm; объемных при постоянном давлении и при постоянном объеме при нормальных условиях c¢_pm; c¢_vm; мольных mc_pm и mc_vm и величину к = c_pm/c_vm. Сравнить данные теплоемкости с соответствующими теплоемкостями идеального двухатомного воздуха.

Основные теоретические положения

Теплоемкостью тела называется количество теплоты, необходимое для нагревания тела на один градус.

Если теплоемкость отнесена к какой-либо количественной единице вещества, то ее называют удельной.

Различают три вида удельных теплоемкостей:

с – массовая теплоемкость (количество теплоты, необходимое для изменения температуры 1кг вещества на один градус), кДж/(кг×К);

mc – мольная теплоемкость (количество теплоты, необходимое для изменения температуры 1кмоля (киломоля) вещества на один градус), кДж/(кмоль×К);

c¢ – объемная теплоемкость (количество теплоты, необходимое для изменения температуры единицы объема вещества на один градус), кДж/(м³×К).

Обычно за объемную теплоемкость в нормативных расчетах [2] принимают количество теплоты, необходимое для изменения температуры на один градус такого количества вещества, которое при нормальных физических условиях (t=0⁰C, P=760 мм рт.ст.) занимает объем в 1 м³, c¢_н – в кДж/(нм³×К).

Существуют соотношения между всеми удельными теплоемкостями:

, (2.1)

, (2.2)

где r_н – плотность воздуха при нормальных условиях,

mV_н =22,4 – объем 1 киломоля при нормальных условиях, м³/кмоль.

Теплоемкость – функция процесса.

Для практических целей важно знать величину теплоемкости при постоянном давлении с_р и при постоянном объеме с_v.

Между собой изобарные и изохорные теплоемкости связаны законом Майера:

, (2.3)

, (2.4)

, (2.5)

где R_m=8314 Дж/(кмоль×К) – универсальная газовая постоянная;

– газовая постоянная, Дж/(кг×К).

Теплоемкость реального газа зависит от давления и от температуры. Зависимость теплоемкости газа от давления выражена очень слабо. В зависимости от температуры теплоемкость реального газа подразделяют на истинную и среднюю.

Средней теплоемкостью газа называется отношение количества теплоты q₁₂ данного процесса к разности температур этого процесса:

. (2.6)

Истинной теплоемкостью газа называется предел, к которому стремится средняя теплоемкость в данном интервале изменения температур, если этот интервал стремится к нулю:

. (2.7)

В данной работе опытным путем определяется средняя массовая изобарная теплоемкость воздуха в конкретном температурном интервале.