Лабораторная работа №4 определение молярной Теплоемкости воздуха
-
Цель работы
Определение теплоемкости воздуха при постоянном давлении методом нагрева струи.
-
Оборудование
Комплекс ЛКТ-4.
-
Метод измерений
Измеряя разность температур на входе и на выходе струи воздуха при известной величине расхода воздуха (объема, протекающего в единицу времени) и известной мощности нагревателя определяют теплоемкость воздуха. Измерения проводится методом протока.
-
Подготовка к работе
В ходе самостоятельной подготовки к выполнению лабораторной работы студенты знакомятся с теоретической частью (п.4.5) настоящего методического указания. Кроме того, ими подготавливается бланк отчета по лабораторной работе, содержащей титульный лист (приложение А), цель работы (п.4.1), краткое описание экспериментального оборудования (п.4.2) и письменные ответы на контрольные вопросы (4.8) с использованием теоретической части (п.4.5) и рекомендуемой литературы (п.4.9).
4.5 Теоретическая часть
Теплоемкость газов и паров Ср почти всегда измеряют в проточном калориметре. Для этого через проточный калориметр пропускают газ и в калориметре к газу подводят тепло.
Схема проточного калориметра показана на рисунке 4.1, где воздух движется снизу вверх, в калориметре находится электрический нагреватель. Нагревание воздуха происходит между сечениями 1 и 2 (рисунок 4.1)
Рисунок 4.1 - Схема проточного калориметра.
Расчетная формула для определения теплоемкости Ср в таком калориметре может быть получена следующим образом.
Первое начало термодинамики может быть записано в виде:
(4.1)
Изменение внутренней энергии газа:
(4.2)
Работа, совершаемая газом при изменении его объема:
(4.3)
Учитывая, что Ср=Сv+R (4.4)
Тогда уравнение (4.1) примет вид:
(4.5)
Согласно законУ Джоуля-Ленца:
(4.6)
Молярная теплоемкость при постоянном давлении определится:
(4.7)
Уравнение Клайперона-Менделеева имеет вид:
(4.8)
С учетом (4.8) уравнение (4.7) примет вид:
(4.9)
Учитывая, что расход газа равен:
(4.10)
Мощность нагрева: W=IU (4.11)
Расчетная формула примет вид:
(4.12)
где R=8,31 Дж/(мольК) – универсальная газовая постоянная.
Т1=t1+273 – начальная (на входе в нагревательный узел) температура по шкале Кельвина.
Р1 – атмосферное давление.