83714

Исследование эффекта Джоуля-Томпсона при адиабатическом истечении газа

Лабораторная работа

Физика

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).

Русский

2015-03-16

438 KB

51 чел.

    

Министерство образования и науки Российской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Кафедра общей и технической физики

Отчет по лабораторной работе №12

По дисциплине:                                         Физика

Тема Исследование эффекта Джоуля-Томпсона при адиабатическом истечении газа.

Выполнил: студент гр. ГС-13-1                     ____________________                   /Брыков.Д.С/

(подпись)                                                                  (Ф.И.О)

                                 

Проверил: доцент                                    ____________________                     /Фицак.В.В/

(подпись)                                                                  (Ф.И.О)

Санкт- Петербург 2014

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

Уравнение Ван-дер-Ваальса (реального газа) – формула, устанавливающая зависимость между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой реального газа при помощи коэффициентов Ван-дер-Ваальса, имеющая вид:

Поправка a (в формуле ) – поправка, учитывающая силы притяжения между молекулами (давление на стенку уменьшается, т.к. есть силы, втягивающие молекулы приграничного слоя внутрь).

Поправка b — поправка, учитывающая силы отталкивания (из общего объёма вычитается объём, занимаемый молекулами).

Теоретический ожидаемый результат:

Коэффициенты в уравнении Ван-дер-Ваальса (для углекислого газа):

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, ;

коэффициент Джоуля -Томсона,  = .

Погрешность прямых измерений:

Погрешность дифференциальной температуры,  0,01

Погрешность давления,  0,05MПа

Результаты измерений:

Физ. величина

T

P1

P2

P

T

   a

   b

Тинв

Ткр

            Ед.изм.

№ опыта



105

Па

105

Па

105

Па

/Па

10¯⁵

1.

20

9

1

8

9,87

1,23

0,356

36,65

233,7

34,6

2.

20

8

1

7

8,74

1,25

3.

20

7

1

6

7,63

1,27

4.

20

6

1

5

6,52

1,30

5.

20

5

1

4

5,41

1,35

6.

45

9

1

8

8,58

1,045

7.

45

8

1

7

7,61

1,087

8.

45

7

1

6

6,65

1,108

9.

45

6

1

5

5,69

1,138

10.

45

5

1

4

4,73

1,182

11.

75

9

1

8

7,49

0,94

12.

75

8

1

7

6,65

0,95

13.

75

7

1

6

5,82

0,97

14.

75

6

1

5

4,98

0,996

15.

75

5

1

4

4,15

1,038

Исходные данные:

P2 – атмосферное давление P2 = 1 атм 105 Па;

- универсальная газовая постоянная, ;

- теплоёмкость при постоянном давлении, = 41 .

Вычисления:

Используя формулу  () и экспериментальные данные, полученные при трех значениях температуры, определяем постоянные a и b для углекислого газа по двум парам температур.

и  - пары температур.

Погрешности косвенных измерений:

Окончательный результат:

Вывод:

В ходе проведенной лабораторной работы было определено изменение температуры углекислого газа при протекании через малопроницаемую перегородку при разных начальных значениях давления и температуры; по результатам опытов определены коэффициенты Ван-дер-Ваальса. Полученные в результате эксперимента коэффициенты Ван-дер-Ваальса отличаются от табличных коэффициентов:

1). Коэффициент :

Табличное значение

Экспериментальное значение

погрешность– 2%

2). Коэффициент :

Табличное значение

Экспериментальное значение ,

 погрешность– 5%.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

5964. Как реализовать воспитательные возможности литературы 45.5 KB
  Как реализовать воспитательные возможности литературы Вопрос у меня важный и нужный. Действительно, вся литература, особенно русская литература, направлена на воспитание человека как личности, учит человека жить по совести. Что стоят такие слова...
5965. Карантин, как начальный этап адаптации несовершеннолетних, осужденных к лишению свободы 59 KB
  Карантин, как начальный этап адаптации несовершеннолетних, осужденных к лишению свободы. Адаптация осужденных к лишению свободы несовершеннолетних начинается с момента прибытия осужденного в воспитательную колонию. Первым этапом адаптации является к...
5966. Ядерное оружие. Внеклассное мероприятие 63.5 KB
  В Лицее №1 г. Южно-Сахалинска для 10б класса был прочитан доклад на тему Ядерное оружие, посвященный дню защитника отечества. Цель доклада: проинформировать учащихся о истории создания, поражающих факторах ядерного оружия и защиты от них. Время, о...
5967. Проектирование редуктора с заданными параметрами 359 KB
  Исходные данные для проектирования. Тяговая сила цепи Ft - 600 даН - 6 кН. Скорость движения грузовой цепи v = 0,85 м/с. Шаг грузовой цепи p = 125 мм. Число зубьев звездочки z = 7. Тип редуктора - соосный вертикальный цилиндрический. Передача пр...
5968. Металлургические печи. Курс лекций 2.99 MB
  Лекция Основные положения. Огнеупорные и изоляционные материалы печей Теплотехника печей металлургического производства Промышленная печь - устройство для тепловой обработки материалов. Печи делят на пламенные и электрические. По технол...
5970. Организация и планирование производства 880 KB
  Целью изучения дисциплины Организация и планирование производства является изучение студентами теоретических основ организации и планирования производства в современных рыночных условиях России. В соответствии с учебным планом, утвержд...
5971. Техническая механика. Учебно-методическое пособие 2.32 MB
  Пособие содержит основные понятия и термины одной из основных дисциплин предметного блока Техническая механика. Данная дисциплина включает в себя такие разделы, как Теоретическая механика, Сопротивление материалов, Теория механизмов и машин....
5972. Информационные технологии в металлургии. Курс лекций 332 KB
  Введение Понятие об информатике, ее предмете и задачах Современный этап развития человеческого общества - это эпоха постиндустриального информационного общества. Если на предыдущих этапах развития прогресс общества зависел от развития производс...