2.2 Методика проведення експерименту

У даній роботі для визначення ізобарної теплоємності повітря використовується метод проточного калориметрировування. Через проточний калориметр пропускають повітря, що нагрівається розташованим усередині електронагрівачем. У стаціонарному режимі вимірюють підведену до повітря від нагрівача теплоту, температури повітря на вході і виході з калориметра і його витрата. Теплоємність розраховують на підставі рівняння першого закону термодинаміки для потоку, записаного для вхідного і вихідного перетинів калориметра

(2.6 )

де питома теплота, віднесена до 1 кг повітря:

q - підведена до повітря в калориметрі;

- підведена до повітря від нагрівача;

- теплові втрати калориметра в навколишнє середовище.

Різниця швидкостей ω ₁ і ω ₂ і висот х₁ і х₂ мала, технічна робота не відбувається ( L_Т), теплові втрати в калориметрі самоуловлюваються (= 0) тоді рівняння (2.6) приймає вид

. (2.7)

Тому що пов'язано з електричною потужністю нагрівача W і масовою витратою повітря через калориметр, то

(2.8)

Єднаючи формули (2.7) і (2.8), одержуємо формулу для визначення середньої ізобарної теплоємності

(2.9)

Перед виконанням лабораторної роботи вивчите схему опитної установки, що наведена на рисунку 2.1.

Основна частина установки, зображеної на рисунку, - проточний електрокалориметр 5, що подає собою многоходовий скляний теплообмінник. На осі розміщений нагрівач 6 із ніхромової спіралі опором біля 90 Ом. Потік повітря з зовнішніх каналів підходить до нагрівача, забезпечуючи тим самим самоуловлювання теплових витрат із центральної нагрітої зони підхожим холодним повітрям.

Температура повітря на вході й виході з калориметра вимірюється хроміль-алюмелєвими термопарами. Для визначення середньої по перетину потоку температури нагрітого повітря термопара на вході розміщена на мідному штахеті, перпендику-лярної до осі потоку. Термопари залучені до багатоканального цифрового приладу 10 для виміру температури типу А - 565. Температури t₁ і t₂ відповідно на вході і виході в градусах Цельсія індицируються на табло приладу при натисканні клавіши відповідного каналу. Повітря подається компресором 9. Витрата повітря регулюється за допомогою голчастого вентиля 7. Об'ємна витрата вимірюється за показниками ротаметра 8 і його градуйорованому графіку для повітря (див. рис. 2.2 ).

1 – вимикач; 2 - лампа; 3 - автотрансформатор; 4 - ваттметр;

5 - проточний електрокалориметр; 6 - нагрівач; 7 - вентиль;

8 - ротаметр; 9 - компресор; 10 - багатоканальний цифровий прилад для вимірювання температури.

Рисунок 2.1 - Схема установки

Електрична потужність нагрівача 6 регулюється лабораторним автотрансформатором 3 і вимірюється ваттметром 4. Тиск повітря в калориметрі визначається по показанню барометра в помешканні лабораторії. Після вивчення схеми опитної установки приступити до виконання роботи.

1. Вимикачем 1 подати напругу на установку, при цьому по-винна зайнятися лампочка 2.

2. Вентилем 7 ротаметра 8 встановити і підтримувати необхідну витрату повітря. Значення витрати зчитивають на шкалі ротаметра по верхній точці кульки - поплавця й визначають по градуйорованому графіку (рисунок 2.2).

3. За допомогою автотрансформатора встановити необхідне значення потужності на нагрівачі 6 (контролюють по ваттметру).

4. Вихід установки на стаціонарний режим визначити по температурі t₂ повітря після калориметра, для чого значення t₂ з інтервалом 3 хвилини зафіксувати і занести в окрему таблицю (максимальний час виходу на режим 30 хвилин). Коли значення t₂ установиться (максимальна температура повітря на виході з калориметра не більш 60 ⁰С), визначити показання ваттметра, ротаметра, барометра, температури t₁ і t₂ по цифровому приладу і занести їх у таблицю.

5. Після узгодження з викладачем отриманих результатів провести 2-3 досвіду при інших режимах, що рекомендуються значення витрат 40, 60, 80, 90 розподілів по шкалі ротаметра і відповідно потужності 1; 1,5; 2,0; 2,5 Вт, але не більш 6 Вт.

6. Після закінчення досвідів ручку автотрансформатора встановити в нульове положення, виключити вимикач 1, через хвилину закрити вентиль 7, а співробітник лабораторії відключає компресор 9.