Добавлен: 11.12.2023
Просмотров: 45
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ и высшего ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра общей и технической физики
Отчет по лабораторной работе №12
По дисциплине ФИЗИКА
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА ДЖОУЛЯ -ТОМСОНА ПРИ АДИАБАТИЧЕСКОМ ИСТЕЧЕНИИ ГАЗА
Автор: студент гр. ИГ-22-1
(Шифр группы) (подпись) (ФИО)
Оценка:
Дата:
Проверил:
(подпись) (ФИО)
Санкт-Петербург
2022 год
Цель работы:
1) определение изменения температуры углекислого газа при протекании через малопроницаемую перегородку при разных начальных значениях давления и температуры;
2) вычисление по результатам опытов коэффициентов Ван-дер-Ваальса "a" и "b".
Краткое теоретическое содержание:
Явление, изучаемое в работе: Эффект Джоуля-Томсона при адиабатическом истечении углекислого газа. Сущность явления: изменение температуры газа при адиабатическом расширении газа без совершения им полезной работы.
Основные определения физических величин, явлений, процессов.
Адиабатическое расширение – расширение газа без теплообмена с окружающей средой. (Q=0)
Идеальный газ – модель газа, в которой пренебрегаются размеры молекул по сравнению с расстоянием между ними, т.е. молекулы рассматриваются как материальные точки, также пренебрегаются силы взаимодействия между молекулами (за исключением моментов столкновения). Обычные газы при невысоких давлениях можно рассматривать, как идеальные.
Теплообмен – физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала.
Законы и соотношения, лежащие в основе лабораторной работы:
Первый закон термодинамики – теплота, сообщаемая системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы и на совершение системой работы против внешних сил.
Q=∆U+A
Q – количество теплоты, Дж
U – внутренняя энергия, Дж
A – работы, Дж
Уравнение Менделеева-Клапейрона (идеального газа) – формула, устанавливающая зависимость между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой идеального газа, имеющая вид:
P – давление, Па
V – объём, м3
R – универсальная газовая постоянная, R=8,31 Дж/(моль∙К)
T – температура, К
Теоретический ожидаемый результат:
Коэффициенты в уравнении Ван-дер-Ваальса (для углекислого газа):
a = 0,361 Нм 4 /моль2
b = 4,28 10-5 м 3 /моль
Экспериментальная установка
1-теплоизоляционная защита, 2-каналы пористой перегородки, 3-трубка с пористой перегородкой, 4-пористая перегородка, 5-теплообменник, 6-магистраль, 7-кран, перекрывающий поток газа, 8-редуктор, регулирующий давление газа, 9-баллон с газом, 10-индикатор, отображающий температуру воды, 11-термопара, 12-термостат, 13-индикатор, отображающий дифференциальную температуру, 14-пульт, 15-дифференциальный термометр, 16-манометр, контролирующий давление газа.
Расчётные формулы:
1.Перепад давлений в теплоизолированной трубке:
, где 
- разность давлений, 
= Па;
начальное давление, 
= Па;
атмосферное давление
= Па.2.Коэффициент Джоуля-Томсона:
, где
коэффициент Джоуля -Томсона, 
= 
;
- разность температур, 
= 
;
- постоянная Ван-дер-Ваальса, 
= 
;
- универсальная газовая постоянная, 
;
- температура газа, 
= К; 
- постоянная Ван-дер-Ваальса, 
= 
;
- теплоёмкость при постоянном давлении, = 41
.
3.Температура инверсии:
, где
- температура инверсии, 
= 
.4.Температура критическая:
, где
- температура критическая.Формулы косвенных погрешностей:
1.Абсолютная погрешность измерений коэффициента Джоуля-Томсона:
, где
средняя арифметическая ошибка. 
= К;
приборная погрешность барометра, 
= Па;
результат изменения температур, 
= К;
результат изменения давлений, 
= Па;
коэффициент Джоуля -Томсона, 
= 
.2.Абсолютная погрешность измерений температуры инверсии:
, где - температура инверсии, = .
погрешность измерения коэффициента
, 
;
погрешность измерение коэффициента b, 
=
; - постоянная Ван-дер-Ваальса, 
= ;
- постоянная Ван-дер-Ваальса, 
= 
.3.Абсолютная погрешность измерения температуры критической:
, где
- температура критическая;
абсолютная погрешность измерений температуры инверсии;
- температура инверсии, 
= 
.4.Относительная погрешность измерения коэффициента Джоуля-Томсона:
, где
абсолютная погрешность измерений коэффициента Джоуля-Томсона, 