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

256 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

81630. Светолечение (фототерапия). Светолечение в ветеринарии 25.84 KB
  При некоторых физиологический состояниях например лактации яйцекладке продуктивным животным требуются сильные световые раздражители при других например откорме затемнение Действие инфракрасных лучей основано на тепловом эффекте который реализуется прямым или рефлекторным путем.
81631. Закріплення правила про вимову і правопис слів з ненаголошеними голосними 38 KB
  Мета. Закріпити правило про вимову і правопис слів з ненаголошеними голосними. Формувати уміння перевіряти правопис слів з ненаголошеними голосними. Розвивати орфографічні уміння та навички, фонематичний слух, мислення та звʼязне мовлення.
81632. Узагальнення вивченого матеріалу по темі «Іменник» 62 KB
  Мета: Узагальнити вивчений матеріал про іменник; закріпити навички розбору іменника як частини мови. Розвивати усне і писемне мовлення учнів, творчу уяву. иховувати дружні стосунки у колективі. Тип уроку: урок закріплення знань, умінь і навичок.
81633. Види текстів за метою мовлення. Складання усного опису калини. Складання текстів за поданим зачином і кінцівкою 355.5 KB
  Виховувати: бережливе ставлення до калини як лікарської рослини оберегу символу України Обладнання: підручники мультимедійна презентація картки калина вишиванки коровай Тип уроку: комбінований Хід уроку I. Так діти це калина. А Карлсон буде у вас вчитися 1 ряд скласти прислівя зі словосполучень...
81634. Подорож у країну імен та прізвищ. (Велика буква в іменах, прізвищах та по-батькові людей) 115 KB
  Мета: формувати в дітей уміння розрізняти поняття «ім’я», «по батькові», «прізвище», учити правильно писати власні іменники, ознайомити з етимологією деяких із них, розвивати дослідницький інтерес, спостережливість, творчість, фантазію, уміння працювати з підручником самостійно, у парах, аналізувати...
81635. Написання суфіксів -ськ-, -зьк-, -цьк- в прикметниках 51 KB
  Задачі: Формування комунікативної автономізаційної компетентностей: виробляти в учнів вміння і навички вживання суфіксів ськ цьк зьк. Сьогодні на уроці ми будемо вчитися правильно вживати та записувати у словах суфікси ськ зьк цьк. З мяким знаком зьк цьк ськ написать не забувай.
81636. Бабусенько ріднесенька 190.5 KB
  Мета: сприяти розвитку навичок виразного читання,слухання та комунікативних умінь; розвивати мовлення, творчу фантазію, збагачувати словниковий запас, уміння висловлювати думку; підкреслити важливу роль бабусі у житті кожної людини, допомогти відчути цінність зв’язку між поколіннями та дитиною...
81637. У гостях у дієслів майбутнього часу. Дієслова майбутнього часу. Змінювання дієслів майбутнього часу за особами і числами 49.5 KB
  Мета: закріпити знання учнів про часові форми дієслів; навчитись утворювати просту і складену форми дієслів майбутнього часу; змінювати дієслова майбутнього часу за особами та числами; вчити працювати творчо; висловлювати свої думки; виховувати любов до рідної матусеньки.
81638. Іменник (узагальнюючий урок) 40 KB
  Мета: узагальнити знання учнів про граматичні ознаки іменника, розвивати вміння робити висновки та узагальнювати вміння аналізувати, розвивати творчі вміння аналізувати, розвивати творчі здібності, усне і писемне мовлення, виховувати старанність, любов до мови.