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

104 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

56260. Das Aussehen 48.5 KB
  Мета: практична: активізувати граматичні навички з тем «Відмінювання прикметників» та «Ступені порівняння прикметників», відробити надані раніш ЛО...
56261. Висловлення побажань; вживання Subjonctif présent 28.58 KB
  Bonjour, chers élèves! Aujourd’hui on va systématiser nos connaissances du subjonctif. On va aussi pratiquer les manières d’exprimer nos souhaits. Par quels moyens peut-on exprimer nos souhaits: par e-mail, par lettre, coup de téléphone, pendant l’entretien personnel?
56262. Сучасний урок української мови в школі. Навчально-методичний посібник для студентів педагогічних університетів і вчителів 1.79 MB
  Сучасний урок української мови в школі. Урок як основна форма організації навчальної діяльності учнів з української мови. Мета уроку української мови як системне утворення та шляхи її реалізації. Мотиваційне забезпечення навчальної діяльності на уроках української мови.
56263. Спектакль «Суд над Ядерною Енергією» 71.5 KB
  Вступне слово. Сьогодні завершується тиждень безпеки життєдіяльності. І ми зібралися з вами на останньому заході, що проводиться в рамках цього тижня й присвяченій найбільшій та найстрашнішій загрозі для всього людства – використанню ядерної енергії.
56265. Сума кутів трикутника 50 KB
  Обладнання: набір креслярського приладдя; таблиця Сума кутів трикутникамультимедійний проектор компютеркомпютерна презентація. Учитель ставить проблему: що учні знають про кути трикутника Один з варіантів відповіді...
56266. Summer Holidays Suggested level – A1+ elementary 7.04 MB
  Мета: Тренувати учнів в усному мовлені, письмі та роботі з комп’ютером. Розвивати память, здогадливість та самостійність у праці. Учити учнів вести дискусію про відпочинок під час літніх канікул. Підготувати до оформлення паспорту ”Holiday Passport”.
56267. Strategies and Techniques for Teaching Speaking 152.5 KB
  In the communicative model of language teaching, instructors help their students develop this body of knowledge by providing authentic practice that prepares students for real-life communication situations.
56268. Лінійка «Сумщина - мій рідний край» 456 KB
  Мета. Поглибити знання про природно-заповідні території та архітектуру Сумщини; ознайомити з видами рослин, тварин, які підлягають охороні; виховувати любов до рідного краю та її збереження