, можно пренебречь, так как скорости газа W₁ и W₂ мало отличаются друг от друга. Работа, затрачиваемая на изменение потенциальной энергии , равна нулю, поскольку калориметр расположен горизонтально .

Таким образом, уравнение (12) принимает вид:

. (13)

Проинтегрировав известное выражение для идеального газа

(14)

в интервале температур от t₁ до t₂, получим:

, (15)

где  средняя теплоемкость при в интервале температур от t₁ до t₂.

Из уравнений (13) и (15) следует:

. ⁽¹⁶⁾

Проведение опытов

1. 
   В
   
   t₁
   
   t₂
   ключить установку (рис. 2).
   

Рис.2. Схема экспериментальной установки:

1 – проточный калориметр, изготовленный из стекла; 2 – вакууммированная оболочка, предназначенная для уменьшения потерь тепла в окружающую среду; 3 – электронагреватель; 4 – дифференциальная термопара, 5,8 – лабораторные автотрансформаторы; 6 – стабилизатор напряжения; 7 – переключатель; 9 – милливольтметр; 10 – вольтметр; 11 – амперметр; 12 – вентилятор; 13 – ротаметр.

2. 
   Установить заданные значения силы тока и расхода воздуха при помощи трансформаторов 5 и 8.
   
3. 
   П
   Нестационарный режим
   
   4 12 20 ,
   
   мин
   Рис.3. График стационарности.
   
   е,
   
   мВ
   
   25
   15
   5
   0
   
   Стационарный режим
   осле включения установки, в которой исследуются тепловые процессы, требуется некоторое время, в течение которого происходит стабилизация измеряемых величин. Нестационарный период прогревания элементов установки постепенно сменяется стационарным и измеряемые величины становятся достоверными.
   

---

Н а графике стационарности (рис. 3) через каждые 2 мин наносить показания милливольтметра е, мВ до наступления стационарного режима.

4. 
   После наступления стационарного режима, о чем свидетельствует неизменность е  t₂t₁ в течение 3-х измерений, занести показания приборов в таблицу опытных данных, таблица 2,
   

Таблица 2

Прот. делений	, м3/с	I, A	Uэл, В	е, мВ	, С	t1, С	t2, С	B, мм рт. ст.	р=В, Па

где П_рот. – показания ротаметра;  объемный расход – определяется по градуировочному графику; I – сила тока в электронагревателе – показания амперметра; U_эл –падение напряжения на электронагревателе – измеряется с помощью вольтметра; е – термо-э.д.с. – показания милливольтметра;  изменение температуры газа в калориметре – определяется по градуировочному графику; В – барометрическое давление, р – давление газа, равное атмосферному, т.е. барометрическому давлению, р=В.

---

Обработка опытных данных

1. 
   Рассчитать значения теплоемкостей и некоторые характеристики процесса. Результаты занести в таблицу обработки опытных данных (таблица 3).
   

Таблица 3

Расчетная величина	Формула	Значение
Тепловой поток, выделяемый в электронагревателе	, Дж/с
Массовый расход воздуха	, кг/с, где р1=В
Средняя массовая изобарная теплоемкость воздуха в интервале температур t1 и t2	, кДж/(кгград)
Средняя массовая изохорная теплоемкость воздуха в интервале температур t1 и t2	, кДж/(кгград) где , кДж/(кгград)
Изменение внутренней энергии	, кДж/кг
Изменение энтальпии	, кДж/кг
Изменение энтропии в процессе при	, кДж/(кгград)
Изменение энтропии в процессе при	, кДж/(кгград)
Показатель адиабаты

---

2. 
   Определить теплоемкости С_vи C_p воздуха, используя молекулярно-кинетическую теорию газов (таблица 1) и соотношения (11).
   

Вычислить расхождения с экспериментальными данными

.

3. 
   Рассчитать систематическую погрешность измерений при экспериментальном определении С_рт:
   

.

Подробно материал к этому пункту изложен в разделе «Оценка погрешности эксперимента».
Контрольные вопросы

1. 
   Удельные теплоемкости газов. Определение, обозначения и размерности. Использование для расчетов Q_x.
   
2. 
   Зависимость теплоемкости от характера процесса подвода теплоты. Уравнение Майера.
   
3. 
   Зависимость теплоемкости от температуры. Понятие о средней теплоемкости.
   
4. 
   Сущность метода проточного калориметрирования. Схема экспериментальной установки.
   
5. 
   Первый закон термодинамики для газового потока. Расчетное выражение для определения теплоемкости.
   
6. 
   Методика расчета , и .
   
7. 
   Элементы молекулярно-кинетической теории теплоемкости.
   
8. 
   Понятие об истинной теплоемкости и ее связи со средней теплоемкостью.
   
9. 
   Техника проведения теплотехнического эксперимента. Понятие о стационарном режиме.
   

Лабораторная работа № 23
Исследование pv-диаграммы углекислого газа.
Опыт Эндрюса
Цель работы: ознакомиться с общими свойствами идеальных и реальных газов; освоить методику экспериментального определения зависимости p-v-t реальных газов.

Задание.

1. 
   Провести опыты по изотермическому сжатию углекислого газа (СО₂) при температурах, указанных преподавателем: , , .
   
2. 
   На основании опытных данных построить pv-диаграмму для исследованного газа.
   
3. 
   Рассчитать коэффициент неидеальности .
   
4. 
   Составить отчет о выполненной работе, который должен содержать: задание, основы теории (кратко), схему экспериментальной установки, таблицу опытных данных, результаты обработки и pv-диаграмму, выполненную на миллиметровой бумаге.
   

---

Основы теории
Идеальным газом называется воображаемый газ, молекулы которого представляют собой материальные точки, не имеющие собственного объема и не взаимодействующие между собой. Зависимость между основными термодинамическими параметрами такого газа определяется уравнением состояния идеального газа – уравнением Клапейрона-Менделеева:

, (1)

где  газовая постоянная;

 универсальная газовая постоянная.

Реальные газы состоят из молекул, имеющих конечный собственный объем, между которыми действуют силы межмолекулярного взаимодействия (силы притяжения и отталкивания). Эти газы описываются уравнением (1) только при малых плотностях, когда среднее расстояние между центрами молекул сравнительно велико, и эти силы не проявляются. В более плотных реальных газах со значительно меньшим расстоянием между молекулами необходимо учитывать и эти силы, и собственный объем молекул. Поведение реальных газов качественно отражает уравнение Ван-дер-Ваальса:

, (2)

где  называют внутренним давлением (для жидкостей оно велико), учитывает силы взаимодействия между молекулами;

 учитывает собственный объем молекул  это наименьший объем, до которого можно сжать газ.

Для количественных расчетов уравнение (2) часто малопригодно, т.к. при высоких плотностях, а следовательно, при высоких давлениях параметры, рассчитанные по этому уравнению, расходятся с действительными (экспериментальными) значениями.

Уравнение Ван-дер-Ваальса можно представить в приведенных параметрах состояния. Если переменные p, v и T отнести к их значениям в критической точке

---

Смотрите также файлы

• Фармакология.docx

• Практическое задание 2 по дисциплине Студент в среде электронного обучения Номер раздела.docx

• Методические рекомендации по организации выполнения и защиты выпускной квалификационной работы по специальностям.doc

• Прибыль предприятия сущность, виды и методика определения.rtf

• Природноклиматические и географические факторы и их влияние на характер исторического развития России. Геополитические цели и интересы России в первой мировой войне.docx