Определение отношения теплоемкостей воздуха

C_р/С_v – ПОКАЗАТЕЛЯ АДИАБАТЫ

Цель работы: экспериментальное определение показателя адиабаты воздуха.

Схема и описание лабораторной установки

В стеклянный баллон 1 рис.1, соединенный с компрессором 2, через напускной кран 3 накачивается воздух. Клапан сброса воздуха 4 , находящийся на верхней крышке установки позволяет резко уменьшить давление в баллоне практически без теплообмена с окружающей средой что позволяет моделировать адиабатный процесс.

На рис. 2 представлена передняя панель установки 6, на которой размещаются тумблер «СЕТЬ» 7, тумблер «КОМПРЕССОР» 8, водяной U- манометр 5,

кран 3 перепуска воздуха со следующими положениями:

ОТКРЫТ

– Положение ручки крана на данной отметке открывает линию к компрессору 2.

ЗАКРЫТ

– Положение ручки крана на данной отметке перекрывает баллон 1.

РЕГУЛИРОВАНИЕ УРОВНЯ

– Положение ручки крана на данной отметке позволяет отрегулировать уровень воды в коленах U – манометра после заполнения баллона воздухом.

Измеряемые величины:

1. Перепад давления в баллоне измеряется по разности уровней в водяном U- манометре 5.

Установка работает следующим образом.

В баллон компрессором 2 накачивается воздух до определенного избыточного давления (разность уровней в коленах U- манометра должна составлять:
Dh = (20 – 25) см.). В каждой серии опытов эта разность должна быть одинаковой
(регулируется краном 3). После выравнивания температур воздуха в баллоне и окружающей среды, осуществляется быстрый сброс давления через выпускное отверстие с клапаном. При этих условиях процесс с достаточной точностью можно считать адиабатическим. После того, как клапан сброса закрылся, осуществляется изохорный процесс теплообмена с окружающей средой. Температура воздуха в баллоне приближается к температуре окружающей среды.

Рис. 1. Схема экспериментальной Рис. 2. Схема рабочего участка

установки.

Проведение опыта и обработка результатов измерений

1. Включить установку тумблером «СЕТЬ», Повернуть ручку крана 3 в положение ОТКРЫТ(9), Рис. 2. Включить тумблером «КОМПРЕССОР». Установить разность уровней воды в манометре составляла 200-250 мм. Поле этого закрыть напускной клапан

поворотом ручки крана 3 в положение ЗАКРЫТ(10), Рис. 2.

2. Подождать 2 – 4 минуты до тех пор, пока температура воздуха в баллоне не станет равна температуре окружающей среды.

3. Произвести дополнительную регулировку разности уровней в манометре, стремясь к тому, чтобы в каждом опыте эта разность была постоянной. При этом ручка крана 3 плавно переводится в положение РЕГУЛИРОВКА УРОВНЯ(11), Рис.2, и обратно.

4. По нижнему уровню мениска определить уровни H₁ и H₂ в коленах манометра. Записать эти значения а также их разность в таблицу.

5. Резко (Но не сильно!) нажать и отпустить выпускной клапан 4 (баллон соединяется с атмосферой).

6. Через 3 – 4 минуты, после того как уровни воды в манометре стабилизируются, определить значения уровней h₁ и h₂ и занести результаты в таблицу.

7. Повторить опыт (пункты 1 – 6) несколько раз. Следить за тем, чтобы начальная разность уровней в манометре была постоянной (пункт 3).

Обработка результатов

_1. ВычислитьD Н = H₁-Н₂

_2. ВычислитьD h = h₁-h₂

3. Показатель адиабаты

где р₁ - давление в баллоне после закачивания компрессором в него воздуха;
р₂ – давление в баллоне после резкого открытия клапана 4.

С учетом того что р₁ = rgDH и р₂ = rgDh

.

После сокращений расчетная формула для определения k принимает вид

.

4. Сравнить результат эксперимента с табличными данными показателя адиабаты для воздуха k = 1,29, определить расхождение в процентах.

5. Результаты измерений и расчетов заносятся в таблицу.

Таблица

№	H1, мм	H2, мм	DН, мм	h1, мм	h2, мм	Dh, мм	k	Dk

Содержание отсчета

В отчет должны быть включены:

1) схема и описание лабораторной установки;

2) порядок проведения работы, основные теоретические положения;

3) таблица наблюдений и расчет показателя адиабаты;

4) ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Что такое адиабатный процесс?

2. Чем адиабатный процесс отличается от политропного процесса?

3. Что такое политропный процесс?

4. Запишите уравнения адиабатного и политропного процессов?

5. Назовите частные случаи политропного процесса? Запишите уравнения для каждого из них.

6. Приведите пример адиабатного процесса?

Лабораторная работа № 3

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГАЗОВОЙ
ПОСТОЯННОЙ ВОЗДУХА

Цель работы: экспериментальное определение газовой постоянной воздуха.

Теоретические основы работы

Величины, характеризующие физические состояния газа, называются термодинамическими параметрами.

Основными параметрами являются: удельный объем, плотность, давление и температура.

Давление – сила воздействия молекул газа на единицу площади поверхности. В системе си давление измеряется в н/м², эта единица называется Паскалем (Па). На практике использую так же величины кратные Па: килопаскаль (1 кПа = 10³ Па), мегапаскаль (1 МПа = 10⁶ Па) и (1 бар = 10⁵ Па). В технике часто используются внесистемные единицы давления: техническая атмосфера (1 кгс/см² ), физическая атмосфера, мм ртутного столба.

Соотношения между этими единицами давления следующие:

1 техническая атмосфера (ат.) = 1 кгс/см² = 735 мм рт. ст. = 0,981×10⁵ Па.

1 физическая атмосфера (атм.) = 1,033 кгс/см² = 760 мм рт. ст. = 1,013×10⁵ Па.

Давление измеряют манометром.

Различают атмосферное давление (барометрическое) В, абсолютное давление Рабс, избыточное Ризб и вакуум (разряжение).

Если абсолютное давление в каком либо сосуде больше атмосферного
Рабс > В то разность между ними называют избыточным давлением

Рабс – В = Ризб

Если абсолютное давление в каком либо сосуде меньше атмосферного
Рабс < В то разность между ними называют вакуумом (разряжением)

В – Рабс = W.

Во все термодинамические уравнения вводится абсолютное давление в (Па).

Температура – мера интенсивности теплового движения молекул. Температура измеряется в кельвинах Т (К) или в градусах Цельсия t (°С), соотношение между ними имеет следующий вид:

Т [K]= t [°С]+ 273,15.

Удельный объем – объем который занимает один килограмм газа

,

где V – объем газа, м³; М – масса газа, кг; u - удельный объем, м³/кг.

Удельный объем газа может принимать любое значение в зависимости от давления и температуры.

Плотность – масса единицы объема, т.е. величина обратная удельному
объему r, кг/м³

Связь между параметрами состояния идеального газа определяется уравнением состояния (Клапейрона)

рu = RТ

где R – газовая постоянная, Дж/(кг×К).

Газовая постоянная R индивидуальна для каждого газа.

Для воздуха R = 287 Дж/(кг×К).

Если левую и правую часть уравнения состояния умножить на массу М, то получим уравнение Клапейрона для произвольной массы

рV = MRТ.