50552

Исследование изотермического процесса

Лабораторная работа

Физика

В данной лабораторной работе осуществляется подвод тепла к воздуху при практически атмосферном давлении благодаря чему воздух может рассматриваться как идеальный газ а малые изменения параметров делают процесс квазиравновесным. Описание лабораторной установки. Схема лабораторной установки приведена на рис. Схема лабораторной установки.

Русский

2014-01-26

113 KB

60 чел.

4

Лабораторная работа

Исследование изотермического процесса

  1.  Цель работы.

Изучение характеристик изотермического процесса расширения воздуха.

  1.  Краткие теоретические положения.

Изотермическим называется термодинамический процесс, протекающий при неизменной температуре (T = const). При изотермическом расширении газ производит работу против внешних сил давления. Эта работа производится за счёт подводимой из окружающей среды теплоты. При сжатии газа, наоборот, выделяется теплота, которая передаётся в окружающую среду. Таким образом, изотермический процесс является самым «выгодным» процессом подвода тепла к рабочему телу, т.к. в нём тепло расходуется только на выполнение работы расширения, внутренняя энергия газа при этом не изменяется (dU = 0).

dQ = dU + pdV

dQt = CvdT + pdV = pdV                                                          (1)

Изотермические процессы подвода и отвода тепла входят в цикл Карно.

В данной лабораторной работе осуществляется подвод тепла к воздуху при практически атмосферном давлении, благодаря чему воздух может рассматриваться как идеальный газ, а малые изменения параметров делают процесс квазиравновесным. Изотермический процесс в идеальном газе подчиняется закону Бойля-Мариотта: для данной массы газа при неизменной температуре произведение численных значений давления и объёма есть величина постоянная:

pV = const                                                                   (2)

В термодинамической диаграмме pV изотермический процесс изображается изотермой (рис.1).

Рис.1. Изотермический процесс.

  1.  Описание лабораторной установки.

Схема лабораторной установки приведена на рис. 2. В колбе 1, имеющей светозащитное покрытие находится нагреватель 10, питание к которому подаётся от сети через автотрансформатор 15 и выпрямитель 12. Электрические параметры нагревателя регистрируются по показаниям приборов 13 и 14. Температура в колбе регистрируется термопарой 6 с помощью потенциометра 9 типа ПП-63. Колба 1 соединена воздушным трактом (резиновыми трубками) с дифференциальным манометром 4 и стеклянным цилиндром 2, опущенным в сосуд с водой. Сообщение колбы с атмосферой осуществляется с помощью крана 5. В воздушном тракте вне колбы теплообмен практически отсутствует.

Если отключить колбу от атмосферы краном 5, а затем опустить цилиндр 2, то в колбе создастся избыточное давление, регистрируемое дифференциальным манометром 4. Условие изотермичности при подводе тепла к газу обеспечивается путём намеренного поднятия цилиндра 2. При этом объём газа увеличивается, а его давление уменьшается.

Рис.2. Схема лабораторной установки.

  1.  Проведение опыта.

Перед началом работы температура в колбе должна быть близка к температуре воздуха в помещении, кран 5 – открыт. Цилиндр 2 опускается в воду таким образом, чтобы глубина его погружения не превышала 5 мм. Порядок проведения опыта следующий:

  •  закрыв кран 5, цилиндр 2 опустить до положения, при котором перепад давления по дифманометру 4 составит около 150 мм водяного столба. Объём воды, вошедшей в цилиндр, составит при этом примерно 10 мл;
  •  зарегистрировать: температуру в колбе t с помощью потенциометра 9,  избыточное давление ΔР по дифманометру 4, отсчёт уровня воды (в мл) в цилиндре 2;
  •  подать питание на нагреватель, установив электрическую мощность Р = 0,005 Вт   (I = 19 мА, U = 270 мВ). Начать отсчёт оперативного времени по секундомеру;
  •  через 60 секунд увеличить объём газа на 1 мл подъёмом цилиндра 2. Измерить температуру газа t, записать давление ΔР и отсчёт уровня в цилиндре;
  •  повторять действия предыдущего пункта до достижения ΔР = 0;
  •  отключить нагреватель, сообщить воздушный тракт с атмосферой краном 5.

  1.  Обработка результатов опыта.

На масштабной бумаге в координатах pV построить график ΔР = f(ΔV).

Учитывая, что  суммарный объём колбы, воздушного тракта и цилиндра равен    485 мл, и зная атмосферное давление, вычислить константу уравнения (2). На том же графике нанести расчётную кривую, определённую по уравнению (2).

  1.  Содержание отчёта.

Отчёт по лабораторной работе должен содержать:

  •  краткие теоретические положения;
    •  схему и описание лабораторной установки;
    •  протокол испытаний;
    •  обработку результатов опыта;
    •  графики;
    •  анализ полученных результатов.

Протокол испытаний

Лабораторная работа №                          Исследование изотермического процесса.

Группа:

Дата испытаний:

Исполнители:

Исходные данные:

Начальный объём воздуха                                 V0  =                  мл

Атмосферное давление                                       Ра  =                  Па

Плотность жидкости в манометре                     ρ   =                  кг/м3

Результаты испытаний:

№ п/п

Отсчёт времени с

Отсчёт уровня мл

ΔV

мл

h1

мм

h2

мм

Δh

мм

ΔP

Па

Е

мВ

t

°C

1

0

0

2

60

3

120

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Подписи исполнителей

Подпись преподавателя


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

60115. НАША ДРУЖНАЯ СЕМЬЯ 58.5 KB
  Время вроде замкнутого круга: Год мелькнул как месяц день как час. Я рада что все вы откликнулись и решили принять участие в конкурсе Мама папа я - дружная семья. Рада приветствовать вас на нашем семейном развлечении Наша дружная семья.
60116. Виховний захід: «Моя Батьківщина – Україна» 59 KB
  Мова кожного народу неповторна і своя це рядки з вірша. Українська мова Давня й молода. Рідна мова як її не знати Як же не любити нам її. Рідна мова в рідній школі Що бринить нам чарівніш Що нам ближче і миліш І дорожче в час недолі Рідна мова...
60117. Позакласний захід з народознавства «Обжинки» 33 KB
  Учні: Ой обжинки господарю обжинки Позбирали колосочки із нивки Ой весело господарю весело Що ми тобі віночок несемо А ще буде веселіш Коли буде цей вінок на голові Коли буде коровай на столі Діти виконують пісню з рухами...
60118. Здоров’я – це скарб. Усний журнал 85 KB
  Мета: вчити здорового способу життя свідома ставитися до свого здоров’я; розвивати бажання вести активний спосіб життя берегти зміцнювати здоров’я; виховувати хороші звички бажання перетворити набуті знання у внутрішню потребу.
60119. Виховний захід: З усмішкою про наше шкільне життя 47 KB
  Я книжки закинув та й не вчився Телевізор цілий день дивився Ось стою зітхаю нічого не знаю Двійку заробив 1 учень Оце лихо Іване А що ж у тебе вчителька таке спитала 2 учень Таблицю множення скільки буде...
60120. Внеклассная работа. «Выпускной бал в 4 классе» 68 KB
  Цель: подвести итоги обучения за 4 года в начальной школе мотивировать учащихся на дальнейшее успешное обучение. Рады мама с бабушкой папа мой доволен И самой мне нравится в нашей милой школе.