Файл: ЛабПр ТДиТМО.doc

2. Описание лабораторного стенда и порядок выполнения работы.

Схема стенда для выполнения работы представлена на рис. 3

Рис.3. Схема стенда

Лабораторный стенд имеет в своём составе колбу с водой 2, которая помещается на электрическую плитку 3. В колбу для измерения температуры воды помещается термопара 1, рабочий спай которой находится при температуре измеряемой среды. Для измерения ТЭДС, развиваемой термопарой, в цепь включен потенциометр постоянного тока 7. Для подключения термопары к потенциометру служат удлиняющие провода 4, которые припаяны к термоэлектродам термопары, образуя, таким образом, холодный спай термопары, который находится в сосуде Дьюара 6 с тающим льдом при температуре 0С. Для предотвращения короткого замыкания между термоэлектродами при проведении измерений точки присоединения удлиняющих проводов к термоэлектородам помещаются в пробирку 5 с трансформаторным маслом.

Порядок выполнения работы заключается в следующем:

1. Заполнить колбу дистиллированной водой.

2. Заполнить сосуд Дьюара льдом и добавить небольшое количество воды.

3. Собрать измерительную цепь термоэлектрического термометра.

4. Включить электрическую плитку в сеть и нагреть воду, доведя её до кипения.

5. Выполнить настройку потенциометра постоянного тока.

6. Выполнить измерение ТЭДС, развиваемой термопарой.

7. По градуировочной характеристике термопары определить температуру кипения воды.

8. Представить результат измерения в градусах по шкале Цельсия, Кельвина, Фаренгейта, Реомюра..

9. Занести в протокол данные о типе используемой термопары и характеристиках потенциометра постоянного тока, краткое описание порядка выполнения работы и результаты измерений и расчетов.

3. Контрольные вопросы.

1. Что называется температурой и какой смысл имеет выражение о том, что «непосредственно измерить температуру нельзя»?

2. Что называется температурной шкалой?

3. В чем принципиальное отличие шкалы Кельвина от других шкал?

4. Какой признак положен в основу наиболее общей классификации средств измерения температуры?

5. Какие существуют типы термометров, их достоинства и недостатки?

6. Какие методические особенности присущи измерению температуры посредством термоэлектрического термометра?

7. Чем обусловлено широкое применение термоэлектрических термометров в производственной практике?

ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА

Цель работы: теоретическое и экспериментальное исследование процессов идеального газа на примере изохорного процесса воздуха.

Задание:

1. На основании полученных опытных данных построить экспериментальную и теоретическую зависимости P=f(T).

2. Определить изменение удельной внутренней энергии uи удельной энтропииsвоздуха в процессе.

3. Определить максимальную ошибку опытных данных.

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

Термодинамическим процессомназывается совокупность непрерывно изменяющихся состояний термодинамической системы.

Изучение любого термодинамического процесса включает определение следующих его основных характеристик:

• уравнение процесса;

• графическое изображение процесса на диаграммах состояния;

• работа, совершаемая системой в процессе;

• количество теплоты, участвующей в процессе;

• изменение внутренней энергии системы;

• изменение энтропии системы.

Основными термодинамическими процессами идеального газа являются следующие:

• изохорный;

• изобарный;

• изотермический;

• адиабатный;

• политропный.

Изохорный процесс.

При изохорном процессе выполняется условие или. Из уравнения состояния идеального газа следует, что

.

Таким образом, - уравнение процесса.

На рис. 1 представлен график процесса в p-vиT-Sкоординатах.

Рис.1. График изохорного процесса

Работа изменения объёма

Количество теплоты, участвующей в процессе:

при постоянной теплоемкости;

при переменной теплоемкости.

Изменение внутренней энергии системы:

Согласно 1-му закону термодинамики

,

но т.к. , то.

Тогда .

Таким образом, в изохорном процессе вся теплота, подводимая к системе, затрачивается на изменение её внутренней энергии.

Поскольку внутренняя энергия идеального газа является функцией только его температуры, то и для любого термодинамического процесса идеального газа:

Изменение энтропии:

Изобарный процесс

При изобарном процессе выполняется условие или. Из уравнения состояния идеального газа следует, что

.

Таким образом, - уравнение процесса.

На рис. 2 представлен график процесса в p-vиT-Sкоординатах.

Рис. 2. График изобарного процесса

Работа изменения объёма

Количество теплоты, участвующей в процессе:

при постоянной теплоемкости;

при переменной теплоемкости.

Изменение внутренней энергии системы:

Изменение энтропии:

Изотермический процесс

При изотермическом процессе выполняется условие или. Из уравнения состояния идеального газа следует, что

.

Таким образом, - уравнение процесса.

На рис. 3 представлен график процесса в p-vиT-Sкоординатах. Вp-vкоординатах графиком процесса является равнобокая гипербола.

Рис.3. График изотермического процесса

Работа изменения объёма:

Изменение внутренней энергии системы:

.

Количество теплоты, участвующей в процессе:

Согласно 1-му закону термодинамики

,

но т.к. , то.

Таким образом, в изотермическом процессе вся теплота, подводимая к системе, затрачивается на совершение работы изменения объёма.

Изменение энтропии:

Адиабатный процесс

Процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой, называетсяадиабатным. Таким образом, условие адиабатного процесса.

Для того, чтобы выполнялось данное условие, следует либо теплоизолировать газ, т.е. поместить его в адиабатную оболочку, либо провести процесс настолько быстро, чтобы изменение температуры газа, обусловленное его теплообменом с окружающей средой, было пренебрежимо мало по сравнению с изменением температуры, вызванным расширением или сжатием газа.

Уравнения 1-го закона термодинамики для адиабатного процесса имеют вид

Поделив первое уравнение на второе, получают

или,

где - показатель адиабаты.

После интегрирования и потенцирования получают уравнение адиабаты

или