Опис дослідної установки

Дослідна установка виконана у вигляді проточного скляного калориметра 4, розташованого горизонтально Рис. 9.1. Досліджуване повітря подається вентилятором 1 через газовий лічильник 2 у калориметр 4 і потім викидається назовні. У калориметрі є нагрівач 5 з електричним опором К_наг. Потужність нагрівача вимірюється в електричній схемі амперметром 8 і вольтметром 7, електричний опір якого К_в. До нагрівача підводиться постійний струм від випрямляча.

Для зменшення теплових втрат у навколишнє середовище калориметр оточений скляною оболонкою, поверхня якої щільно ізольована. Тому теплові втрати настільки малі, що при розрахунку теплоємності повітря, їх можна не враховувати.

Температура повітря на вході в калориметр вимірюється ртутним термометром 3, а на виході із калориметра - ртутним термометром 6. Різниця показників термометрів визначає підвищення температури повітря в калориметрі.

Для вимірювання об'єму повітря, що протікає через калориметр, служить лічильник газу 7, який з'єднаний трубкою з калориметром.

Рис. 9.1. Проточний калориметр

Методика проведення і обробка результатів вимірювань

Після ознайомлення з дослідною установкою необхідно включити вентилятор. Показання термометрів на вході і виході калориметра повинні бути однаковими. Потім необхідно включити нагрівач калориметра. Температура повітря на виході з калориметра буде підвищуватися. Регулюючи потужність нагрівача, треба добитися, щоб повітря у калориметрі нагрівалося на 15....20 °С. Режим, який встановився, необхідно вважати досягнутим, якщо протягом деякого часу різниця температур на вході і виході калориметра не буде змінюватись.

Після досягнення режиму, який встановився, проводять дослід протягом 8-10 хв. Для цього через кожні 2 хв. записують показання термометрів, вольтметра і амперметра. Показники газового лічильника записують в зошит на початку та в кінці досліду. Всі виміряні величини заносяться до табл. 9.2.

Для подальших розрахунків використовують середні величини і значення атмосферного тиску повітря (по барометру). Після закінчення досліду вимикають спочатку нагрівач і тільки через 5 хв. - вентилятор.

Так як у досліді вимірюється не масова витрата, а об'ємна, то спочатку розраховують середню об'ємну теплоємність,

, (9.16.)

де: Q_ел – теплота, яка віддається нагрівачем за 1 с, Вт; U – напруга на нагрівачі, В; І – сила стуму, який проходить через нагрівач, А; t₁, t₂ – температура повітря відповідно на вході і на виході з калориметра, ⁰С; V_о – об’ємна витрата повітря через калориметр, приведена нормальних умов, м³/с. Величина V_о розраховується за результатами вимірювань з рівняння:

, (9.17.)

де Р₁- атмосферний тиск, Па; Т₁ - температура повітря на вході у калориметр, К; V₁ - об'ємна витрата повітря через калориметр (визначається за показаннями газового лічильника), м³/с. Нормальні умови: тиск Р_о - 1,013-10⁵ Па і температура Т_о = 273,15 К.

Сила струму, який протікає через нагрівач, повинна розраховуватись з ураху-ванням того, що виміряний амперметром струм не повністю протікає через нагрівач, частина його йде через вольтметр. Тому сила струм, який протікає в ланцюгу нагрівача:

. (9.18.)

Опір нагрівача R_наг і вольтметра R_в вказані на стенді.

Розраховане за рівняння (9.16.) значення об’ємної теплоємності дозволяє перейти до масової теплоємності,

, (9.19.)

де μ_в - маса 1 кмоль повітря, μ_в =28,96 кг/моль.

Крім масової теплоємності С_Р, необхідно розрахувати і ізохорну теплоємність С_V за рівнянням Майера, та як повітря в такому стані близьке до ідеального газу, то отримані величини С_Р і С_V необхідно порівняти з табличними значеннями. Далі необхідно обчислити показник адіабати повітря:

. (9.20.)

і порівняти його з табличним значенням.

Таблиця 9.2.

τ,хв	І, А	U, В	t1, ^оС	t2, ^ос	N1, л	N2, л	V1,м^3/с
1	2	3	4	5	6	7	8

В таблиці прийняті такі позначення:

τ - час, хв; І-сила струму, А; U - напруга, В; t₁, t₂ - температури повітря відповідно на вході і виході калориметра, °С V₁ - витрата повітря, м /с N₁, N₂ – показання лічильника відповідно на початку і в кінці досліду, л.

Питання:

1. Дати визначення поняття «теплоємність».

2. Види теплоємності.

3. Дати визначення поняття «ізобарна теплоємність».

4. Пояснити схему установки.

5. Розповісти послідовність виконання експерименту.