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

60 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

721. Анализ маркетинговой деятельности рекламно выставочной компании Доминанта 127 KB
  Углубление теоретических знаний по специальности Международная информация и их практическая реализация. Изучение структуры предприятия, организации и технологии производства, основных функций подразделений. Оценка социальной эффективности производственной и управленческой деятельности
722. Закон всемирного тяготения. Гравитация. Инертная и гравитационная масса 54 KB
  Согласно законам Ньютона, движение тела с ускорением возможно только под действием силы. Зависимость силы притяжения тел к Земле от расстояний между телами и от масс взаимодействующих тел.
723. Причины возникновения и суть монополии, ее суть, виды и типы 136 KB
  Определение понятия МОНОПОЛИЯ. Виды монополии и их характеристика. Факторы, способствующие возникновению монополии. Теоретическая сущность монополизма. Монополистическая конкуренция. Антимонопольное регулирование в условиях рынка.
724. Равномерное движение тела по окружности 53.5 KB
  Направление скорости при равномерном движении по окружности. Ускорение при равномерном движении тел по окружности (центростремительное ускорение).
725. Интертипные взаимодействия различных социотипов 75.5 KB
  Анализ и выработка подхода работы с приказами. Анализ каждого участника тренинга с точки зрения информационного обмена между структурами модели А. Сложные отношения со сходными жизненными установками и противоположными программами их реализации. Отношения мирного сосуществования при совпадении сильных и слабых сторон и несовпадении ценностей и интересов.
726. Определение теплопроводности твёрдого тела (пластина). 133.5 KB
  Определить коэффициент теплопроводности твёрдых тел методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала. Физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. Коэффициент теплопроводности алюминия методом сравнения с теплопроводностью эталонного материала (латуни).
727. Системи числення 1.27 MB
  Аналіз сучасного стану розвитку систем числення. Подання чисел у формі з фіксованою та плаваючою комою. Лістинг програми на Microsoft Visual Studio 2010. Позиційною системою числення є звичайна десяткова система числення. Переведення з однієї системи числення в іншу.
728. Электрическое поле в веществе 158 KB
  Особый вид материи, существующий вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом. Система уравнений Максвелла. Воздействие электрического поля на поверхность электропроводящей среды в её приповерхностном слое. Диапазон удельных сопротивлений металлических проводников.
729. Линейная стационарная система с постоянными параметрами 5.19 MB
  Цифровой фильтр (линейная стационарная система с постоянными параметрами – ЛПП-система) задается в дискретном времени импульсной характеристикой. Отклик ЦФ на последовательность, найденный непосредственно через уравнение свертки...