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

65056. Нашествие Батыя глазами фронтовика Великой Отечественной войны 56.5 KB
  В настоящее время когда близится юбилей Великой Победы породившей интерес к военной тематике имеет смысл еще раз подумать о том почему в середине ХIII в. ордам Батыя удалось разгромить Русь и установить татаро-монгольское иго длившееся более 140 или 240 лет...
65058. Трмины из современного монгольского, бурятского, баргутского, дагурского и других монгольских языков и диалектов Внутренней Монголии 121 KB
  Среди них помимо старописьменного монгольского языка и староойратского языка на Тодо бичиг были современные монгольские языки халхамонгольский бурятский и калмыцкий. Наименее доступными для исследования были языки и диалекты монголов Внутренней Монголии: языки старых и новых баргутов дагуров и шэнэхэнских бурят...
65059. Заметки о знаках и тамгах Монголии 275 KB
  Тамги издавна широко применявшиеся в Монголии стране древнего скотоводства как знаки собственности известны и распространены там вплоть до настоящего времени. Вот почему кажется полезным анализ отдельных знаков регулярно встречающихся...
65060. ЧИНГИСХАНОВЫ НОЙОНЫ БАДАЙ И КИШЛЫК И НОГАЙСКИЕ ЭТНОНИМЫ БАДАЙ И КИШЛЫК 41.5 KB
  Бадай с Кишлыхом в роды родов их пользуются свободным дарханством повелевая своим подданным носить свой сайдак и провозглашать чару на пирах. Рашидаддин писал так: Бадай и Кишлык из этого племени. Эти Бадай и Кишлык были главами конюших Экэ Чэрэна который был старшим эмиром Онхана...
65061. Тюркский аспект «монгольского» завоевания Евразии 112.5 KB
  Как статистические данные численности населения Монголии так и расчеты по мобилизационным ресурсам государства Чингизхана взятым из различных литературных источников не единожды производившиеся в процессе дискуссий на интернет-форумах показывают что максимально возможное население...
65062. Ханы Мамаевой Орды 76.5 KB
  Можно думать что в сочиненном для остроты сюжета послании Олега ордынскому предводителю автор Сказания умышленно прибег к высокой титулатуре Мамая чтобы таким образом оттенить раболепие рязанского князя перед Ордой и его враждебное отношение к Москве.
65063. История Армении 152.5 KB
  Он сообщает достоверные сведения о положении Закавказья и Армении накануне монгольского нашествия о первых набегах монголов их налоговой политике взаимоотношениях с господствующей верхушкой завоеванных стран междоусобной борьбе в этих странах.