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

4115. Розрахунок з пожежної безпеки 150.5 KB
  Теоретичні відомості Протипожежний режим – Комплекс встановлених норм та правил поведінки людей, правил виконання робіт і експлуатації обєкта, направлених на забезпечення його пожежної безпеки. Протипожежна профілактика – Комп...
4116. Розрахунок з пожежної безпеки. Лабораторна робота 73.5 KB
  Горіння поділяють за швидкістю розповсюдження полум’я й в залежності від цього воно буває дефлаграційним ( швидкість кілька м/с), вибухом (десятки м/с), і детонаційним (тисячі м/с).
4117. Поняття літературної мови та мовної норми. Поняття стилів мовлення 44.69 KB
  Поняття літературної мови та мовної норми. Мова є однією з найістотніших ознак нації і реально існує як мовна діяльність членів відповідної етнічної спільноти. Мова — це найважливіший, універсальний засіб спілкування, організації та коорд...
4118. Аналіз і проектування програмного забезпечення з використанням структурного підходу. Методичні рекомендації 878.42 KB
  Аналіз і проектування програмного забезпечення з використанням структурного підходу Вступ Розробка прикладних систем штучного інтелекту є однією з найбільш фундаментальних практичних проблем інтелектуальних систем. МЕТА: формування системи теоретичн...
4119. Аналіз і проектування програмного забезпечення з використанням структурного підходу 480.75 KB
  Аналіз і проектування програмного забезпечення з використанням структурного підходу Мета роботи: отримання практичних навичок у використанні структурного підходу для аналізу та проектування, методологій IDEF0 та DFD, середовища AllFusion Process Mod...
4120. Розробка і побудова бази знань для аналізу рентабельності комерційного банку 128.82 KB
  Розробка і побудова бази знань для аналізу рентабельності комерційного банку Опис предметної області Предметна область – рентабельність комерційного банку, що являє собою відносний показник економічної ефективності. У загальному вигляді рентабе...
4121. Розробка і побудова бази знань для аналізу рентабельності комерційного банку в середовищі SuperFinance 622.37 KB
  Розробка і побудова бази знань для аналізу рентабельності комерційного банку в середовищі SuperFinance Реалізація побудови бази знань та розробка системи підтримки прийняття рішень відбувалася в програмному середовищі SuperFinance, відповідний файл...
4122. Вивчення системи управління базами даних Access. Застусування фільтрів та формування запитів 160 KB
  Вивчення системи управління базами даних Access Мета роботи: Вивчення основ застосування фільтрів та формування запитів Завдання: Застосувати різні виді фільтрів та запитів для створеного раніше набору таблиць бази даних. Теоретична частина БД...
4123. Гендерні особливості конфліктності студентів технічного та гуманітарного спрямування 67.5 KB
  Гендерні особливості конфліктності студентів технічного та гуманітарного спрямування Актуальність Тема, яку ми досліджуємо є дуже актуальною сьогодні, адже в сучасному суспільстві молоді люди дуже часто конфліктують, особливо в процесі навчання, і...