Лабораторная работа № 22
Измерение теплоемкости воздуха
Цель работы: Ознакомиться с понятием теплоемкости вещества, освоить технику измерения теплоемкости воздуха методом проточного калориметрирования.
Задание 1. Провести опыты по определению удельной изобарной теплоемкости воздуха при тепловом режиме, указанном преподавателем. 2. Рассчитать средние значения теплоемкостей Cpm и Cvm, изменения внутренней энергии 3. Составить отчет о выполненной работе, который должен содержать: задание, основы теории (кратко), схему экспери-ментальной установки, таблицу опытных данных, обработку опытных данных и результаты опытов в виде таблицы. Основы теории
При проведении расчетов процессов и аппаратов химической технологии часто приходится определять количество подведенной или отведенной теплоты. Наиболее просто это сделать, используя теплоемкость теплоносителей. Удельной теплоемкостью называется количество теплоты, которое необходимо подвести к единице количества вещества, чтобы изменить его температуру на 1 градус. В связи с этим определением различают: - удельную массовую теплоемкость
- удельную объемную теплоемкость
- удельную мольную теплоемкость
где m – масса газа, кг; Vн.у., нм3 – объем газа, приведенный к нормальным условиям ( L – число киломолей вещества (
х – индекс, указывающий характер процесса подвода теплоты Qx, например, при Поэтому различают: Ср – изобарная теплоемкость, Сv – изохорная теплоемкость. Эти теплоемкости для идеальных газов связаны уравнением Майера:
![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]()
где Следовательно
т.е. наиболее точно теплоту можно подсчитать как по значениям теплоемкостей, так и по значениям энтальпий h (при В пределе при уменьшении интервала температур в выражении (5) получим теплоемкость при заданной температуре t, называемую истинной теплоемкостью, Сх,ист.
Со средней теплоемкостью она связана соотношением
Для приближенных расчетов можно учесть линейную зависимость теплоемкости от температуры (рис. 1б):
где a и b – индивидуальные коэффициенты (из таблиц /2/), В соответствии с молекулярно-кинетической теорией внутренняя энергия газов распределяется равномерно по степеням свободы iпоступательного и вращательного движения молекул. Для одноатомной молекулы i = 3 степеням свободы поступательного движения, т.е. изменяется положение молекулы в координатах x, y и z. Для двухатомных молекул к трем степеням свободы поступательного движения добавляются две степени свободы вращательного движения i = 3+2 = 5. С некоторой корректировкой для трех- и многоатомных газов число степеней свободы принимается равным i = 7. Для идеальных газов при не очень высоких температурах на каждую степень свободы при Таблица 1
Для пересчета различных удельных теплоемкостей удобны соотношения:
где
Измерение теплоемкости Срт воздуха
В лабораторном калориметре (рис. 2) к потоку газа подводится теплота от электронагревателя и измеряются все величины, необходимые для расчета теплоемкости: расход газа, количество подведенной теплоты, температуры газа на входе в калориметр и на выходе из него. Расчетное уравнение для определения теплоемкости Срт в таком калориметре может быть получено следующим образом. Запишем уравнение первого закона термодинамики для стационарного потока газа для сечения 1 на входе и 2 на выходе:
где
h – энтальпия газа, Дж/кг; W – скорость газа, м/с; g – ускорение свободного падения, м/с2; y – координата сечений 1 и 2 канала по высоте, м. В данном случае работой, затрачиваемой на изменение кинетической энергии газа Таким образом, уравнение (12) принимает вид:
Проинтегрировав известное выражение для идеального газа
в интервале температур от t1 до t2, получим:
где Из уравнений (13) и (15) следует:
Проведение опытов 1.
Рис.2. Схема экспериментальной установки: 1 – проточный калориметр, изготовленный из стекла; 2 – вакууммированная оболочка, предназначенная для уменьшения потерь тепла в окружающую среду; 3 – электронагреватель; 4 – дифференциальная термопара, 5,8 – лабораторные автотрансформаторы; 6 – стабилизатор напряжения; 7 – переключатель; 9 – милливольтметр; 10 – вольтметр; 11 – амперметр; 12 – вентилятор; 13 – ротаметр. 2. Установить заданные значения силы тока и расхода воздуха при помощи трансформаторов 5 и 8. 3.
![]()
![]() На графике стационарности (рис. 3) через каждые 2 мин наносить показания милливольтметра е, мВ до наступления стационарного режима. 4. После наступления стационарного режима, о чем свидетельствует неизменность е ~ t2 - t1 в течение 3-х измерений, занести показания приборов в таблицу опытных данных, таблица 2, Таблица 2
где Прот. – показания ротаметра;
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|