|
Электротехника | |
| Примеры расчета цепей | |
Лабораторные
работы | |
| Переходные процессы в линейных цепях | |
| Вынужденные колебания | |
| Оптика | |
| Определение удельной теплоемкости воздуха | |
| Гироскоп | |
| Теплопроводность тел | |
| |
Лабораторная работа 3
Определение удельной теплоемкости воздуха при постоянном давлении
Цель работы: ознакомление с одним из методов экспериментального определения теплоемкости газа при постоянном давлении.
Экспериментальная установка
Установка выполнена в виде двух блоков: функционального модуля и блока питания. На рис. 1 представлена блок-схема (б) и лицевая панель (а) функционального модуля.
Рис. 1
На передней панели модуля расположены U-образный водяной манометр с измерительной линейкой, гнезда 2 и 3 для подключения источника питания и вольтметра. Здесь же смонтирован кнопочный переключатель 4 для последовательного подключения вольтметра к термопаре (<), балластному сопротивлению (R0) и нагревателю (Rн). Клапан 5 служит для включения подачи воздуха в установку, к штуцеру 6 подсоединяется пневмопровод от компрессора. Нормальное положение клапана 5 — “открыто”.
Воздух прокачивается компрессором через трубку 7 (см. рис. 1), размещенную в теплоизолирующей оболочке 8 (сосуд Дюара). Расход воздуха измеряют по перепаду давления на капилляре 9, который вместе с трубкой 7 образует единую проточную магистраль. Протекая через трубку, воздух нагревается электрической спиралью 10. Разность температур на входе и на выходе трубки измеряется дифференциальной термопарой, имеющей два спая – горячий 11 и холодный 12. ЭДС термопары измеряют милливольтметром, подключенным к ней через разъемы 3 и переключатель 4. Электрический нагреватель 10 питается постоянным током от блока питания, подключенного к нагревателю через разъемы 2. Напряжение на нагревателе Uн измеряют вольтметром, подключенным к нему через разъемы 3 и переключатель 4. Ток в нагревателе определяется по измеренному милливольтметром напряжению U0 на образцовом сопротивлении R0:
.
Для измерений теплоемкости СР в данной лабораторной работе воздух прокачивают через трубку 7 с размещенным в ней нагревателем 10, которые находятся в теплоизолирующей оболочке — сосуде Дюара.
В процессе эксперимента измеряются: количество тепла, отдаваемое нагревателем воздуху в единицу времени (Q = IP × Uн), массовый расход воздуха через трубку m, разность температур воздуха на выходе и входе в сосуд Дюара T. Величина теплоемкости СР определяется соотношением:
.
Данный метод измерения СР не учитывает тепловые потери калориметра ввиду их малости по сравнению с теплом, полученным воздухом.
Порядок выполнения работы
Выписать данные установки и измерительных приборов.
Включить электропитание приборного модуля, компрессор, вольтметр.
Убедиться в том, что на выходе источника питания отсутствует напряжение. Регулятор напряжения должен быть повернут против часовой стрелки до упора.
Выяснить у преподавателя, при каких значениях напряжения на нагревателе необходимо провести измерения. Рекомендуемые значения Uн = 2, 4, 6, 8, 10 В.
Клавишей Rн переключателя 4 подключить вольтметр к нагревателю и регулятором напряжения источника питания установить первое из заданных значений напряжений Uн. Записать в табл. 1 показание прибора.
Клавишей (<) переключателя 4 подключить вольтметр к термопаре. Наблюдать за показаниями прибора, измеряющего ЭДС термопары до тех пор, пока прибор не будет регистрировать постоянное во времени значение ЭДС термопары. Записать в табл.1 показание милливольтметра.
Клавишей R0 переключателя 4 подключить вольтметр к образцовому сопротивлению. Записать показания прибора. Результат занести в табл. 1.
Произвести отсчет разности уровней жидкости h в U-образном манометре и вычислить перепад давления на концах капилляра по формуле:
P = gh,
где: r — плотность жидкости, [кг × м—3];
h — перепад уровней, [м].
Определить расход воздуха в установке, используя соотношение Пуазейля
,
где: rвозд — плотность воздуха, [кг × м—3];
r0 — радиус капилляра, [м];
l — длина капилляра, [м];
h — коэффициент внутреннего трения воздуха при данной температуре.
Пункты 5 – 9 повторить для следующих четырех значений напряжения на нагревателе. Данные занести в табл. 1.
Отключить компрессор, вольтметр, электропитание приборного модуля.
Данные установки
Радиус капилляра r0 = 0.7 мм.
Длина капилляра l = 58.5 мм.
Сопротивление образцового регистра R0 = 0.1 Ом.
Коэффициент внутреннего трения
воздуха при температуре 20ºС h = 18.1 мкПа ∙ с
Таблица 1
№ п/п
UH, В
U0, мВ
Dei , мВ
Q, Дж/с
DТ, К
1
2
…
Обработка результатов измерений
Определить по ртутному термометру температуру воздуха в лаборатории и принять ее равной температуре воздуха на входе в калориметр — Tвх.
По градуировочному графику хромель-копелевой термопары определить термоэдс 0, соответствующую входной температуре Tвх.
Прибавляя к каждому измеренному значению значение 0, определить по градуировочному графику термопары температуру воздуха на выходе из калориметра — Tвых.
Рассчитать разность температур воздуха на выходе и входе калориметра: T = Tвых — Твх.
По полученным данным построить график зависимости температурного перепада от мощности нагревателя:
Q = Iн × Uн = f(T).
Убедиться в линейности этой зависимости и вычислить коэффициент наклона прямой
(см. рис. 2).
Рис. 2
Рассчитать удельную теплоемкость воздуха при постоянном давлении:
.
Погрешность результата CP оценить по формуле:
.
Конечный результат представить в виде:
.
Определение коэффициента вязкости жидкостей по методу Стокса Цель работы: экспериментальное определение коэффициента вязкости жидкостей методом Стокса.
Измерение коэффициента теплопроводности воздуха методом нагретой нити
Измерение коэффициента внутреннего трения (вязкости) воздуха и средней длины свободного пробега молекул воздуха Цель работы: экспериментальное исследование процесса ламинарного течения газа в круглой трубе. Измерение вязкости воздуха и средней длины свободного пробега молекул воздуха.
Экспериментальное исследование распределения термоэлектронов по энергиям Цель работы заключается в экспериментальном определении функции распределения термоэлектронов по энергиям вблизи анода электронной лампы
Изучение эффекта Джоуля-Томсона Цель работы: экспериментальное наблюдение эффекта Джоуля-Томсона, изучение термодинамической теории этого явления.
Первое начало термодинамики Определить изменение внутренней энергии моля идеального одноатомного газа при изобарическом изменении объема от 10 до 20 л при давлении 5 атм.
ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ИНСТРУМЕНТАМИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ВЕЛИЧИН. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМНОЙ ПЛОТНОСТИ ВЕЩЕСТВА
ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ НА МАШИНЕ АТВУДА Цель работы: экспериментальная проверка законов равномерного и равноускоренного движения, а также определение ускорения свободного падения тел.
ПРОВЕРКА ОСНОВНОГО ЗАКОНА ДИНАМИКИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА Цель работы: экспериментальная проверка основного закона динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси и вычисление момента инерции системы тел.
