Термодинамика и основы теплотехники - Физика и энергетика методичка

Главная

Физика и энергетика
Термодинамика и основы теплотехники

Газовая постоянная воздуха. Изотермическое сжатие и адиабатное расширение воздуха. Измерение теплоемкости твердых тел. Измерение теплопроводности твердых тел. Теплопроводность однослойных и многослойных стенок. Соотношения между единицами давления.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева
Кафедра «Машины и оборудование нефтяной и газовой промышленности»
ТЕРМОДИНАМИКА И ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ
Методические указания к лабораторным работам
(для студентов специальностей 050724, 050729, 050708)
СОСТАВИТЕЛИ: К.Т. Тулеуов, С.А. Абдукаримов. Термодинамика и основы теплотехники. Издание третье, переработанное. Методические указания к лабораторным работам. - Алматы: КазНТУ имени К.И. Сатпаева, 2010, с.1-46
Методические указания составлены согласно типовой учебной программе в соответствии с требованиями ГОСО специальностей, учебно-методических комплексов, государственных стандартов, педагогико-психологических основ организации и проведения лабораторных занятий. Они направляют студентов на самостоятельную активизацию учебного процесса и содержит описание пяти лабораторных работ, общие методические указания к лабораторным занятиям, оформлению и защите отчетов.
Описание каждой лабораторной работы включает цель работы, задание, основные краткие теоретические сведения, описание и принцип работы экспериментальной установки, методику и порядок выполнения работы и обработки опытных данных и перечень контрольных вопросов.
Методические указания предназначены для студентов специальностей 050724, 050729, 050708. Они могут быть использованы студентами других специальностей, изучающих курс теплотехники.
Ил.6. Табл.9. Прилож.3. Список лит. - 9 назв.
Рецензент А.Г. Танирбергенов, канд. физ.-мат. наук, доцент
Печатается по типовой учебной программе утвержденной Министерством образования и науки Республики Казахстан - 2010 год.
© КазНТУ имени К.И. Сатпаева, 2010 г.
Настоящий сборник содержит методические указания по проведению пяти лабораторных работ по дисциплине «Термодинамика и основы теплотехники»
Выполнение студентами этих лабораторных работ позволит углубить теоретические знания по теплотехнике, усвоить основы эксперимента по исследованию термодинамических свойств веществ, параметров состояния, термодинамических процессов и физических основ переноса теплоты, а также соответствующие методики.
Цель настоящих методических указаний - дать студенту необходимые методические указания по организации и выполнению лабораторных занятий в период учебного процесса.
Проведению каждой лабораторной работы предшествует контроль и подготовка к ней. Для этого по рекомендуемым учебным пособиям [1-9], лекциям и настоящему сборнику следует разобраться в содержании заданной лабораторной работы, усвоить основные положения, необходимые для ее выполнения.
Студенты должны проявлять научный и практический интерес к лабораторным занятиям, строго выполнять учебный график, ставить поисковые вопросы и задачи. Кроме того, студент должен самостоятельно работать с литературой и УМК, а также кратко и четко выражать свои мысли при защите отчета.
Методические указания по выполнению лабораторных работ составлены по единой схеме и содержат: цель работы; задание; краткие теоретические сведения; методика проведения работы и описание экспериментальной установки включая схему измерений и общий вид установки с указанием характеристик используемых средств измерения и контроля; порядок проведения опыта и обработки результатов измерений; оценку погрешностей измерений и контрольные вопросы
Настоящие методические указания переработаны и написаны заново Тулеуовым К.Т., Абдукаримовым С.А.
На первом лабораторном занятии студенты должны знакомиться с лабораторной базой и пройти инструктаж по технике безопасности. Студенты обязаны строго соблюдать требования техники безопасности и правила внутреннего распорядка, установленные в лаборатории.
Получив от преподавателя задание на выполнение лабораторной работы, студент обязан самостоятельно ознакомиться с описанием в настоящем сборнике и подготовиться к коллоквиуму, которому отводиться 10….15 минут перед выполнением работы. Проведению лабораторной работы предшествует контроль и подготовка к ней. Для этого каждый студент должен к началу лабораторного занятия по рекомендуемым учебным пособиям [1-9], лекциям и настоящему сборнику изучить теоретическую предпосылку, целью, заданию, методику и порядок выполнения эксперимента предстоящей лабораторной работы и составить краткий конспект, включающий все необходимые расчетно-графические и табличные материалы для выполнения и защиты отчета по выполняемой работе, т.е. следует разобраться в содержании данной лабораторной работы, усвоить основные положения, необходимые для выполнения.
В течение аудиторного времени студент должен успеть получить допуск, провести опыт, обработать его результаты и защитить отчет по ранее выполненной работе. Для получения допуска к работе необходимо знать краткие теории, целью работы, заданию, методику опыта, порядок выполнения и обработки данных эксперимента.
По окончании работы студенту необходимо обсудить с преподавателем полученные экспериментальные данные, занести их в таблицу наблюдений, произвести необходимые расчеты, т.ч. построить, если это требуется, графики и сделать выводы по работе. Результаты лабораторной работы представляются в виде письменного отчета и защищаются студентом до начала выполнения следующей работы.
Отчет по выполненной работе составляется индивидуально в форме пояснительной записки на одной стороне листа бумаги формата А4 (210*297), и титульный лист оформляется по СТ РГП 38944979-09-2009 (см. приложение В) с указанием темы (названия) и номер работы, индекс группы и специальности, фамилии и инициалов студента и преподавателя, названия города и даты выполнения, названия учебного заведения кафедры.
Отчет по каждой выполненной лабораторной работе включает:
1) цель и задание лабораторной работы;
2) краткое описание работы с указанием основного положения теории и эксперимента;
3) количественные (расчетные и табличные) и графические работы;
4) принципиальная схема экспериментальной установки с указанием характеристик используемых средств измерения;
5) протокол испытания, подписанным преподавателем;
6) оценку ошибок определяемых величин и выводы;
7) список использованной литературы.
Результаты обработки экспериментальных данных должны быть представлены в системе СИ. На защиту отчета выносится основные теоретические положения, методика, порядок и результаты экспериментального исследования, выводы студенты по работе. Кроме того, каждый студент при защите лабораторной работе должен ответить на все приведенные контрольные вопросы, содержащиеся в конце лабораторной работы. Графики, таблицы, рисунки, диаграммы и т.п. оформляются по государственным стандартам или по стандартам организации (КазНТУ имени К.И, Сатпаева) СТ РГП 38944979-09-2009
При неправильных оформлениях и результатах работы преподаватель бракует лабораторную работу и она подлежит повторному выполнению студентами во внеучебное время.
К экзамену по изучаемому курсу допускаются лишь те студенты, которые выполнили и защитили предусмотренные лабораторные работы.
1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГАЗОВОЙ ПОСТОЯННОЙ ВОЗДУХА
Цель работы - экспериментальное определение газовой постоянной воздуха, получение навыков проведения эксперимента по определению параметров состояния идеального газа (воздуха)
1) Экспериментальным путем найти значение газовой постоянной воздуха.
2) Расчетным путем по формуле (1.6) найти расчетное значение газовой постоянной воздуха.
3) Сравнить экспериментальное значение газовой постоянной воздуха (1.12) с его расчетным по формуле (1.14) и литературным =287Дж/(кг*К) значениями по формуле (1.15).
4) Определить погрешность эксперимента по формуле (1.16).
5) Составить и защитить отчет по выполненной работе.
Воздух представляет собой газовую смесь, состоящую из кислорода , азота , углекислого газа , аргона , водяных паров и одноатомных газов. Объемные доли r этих газов в воздухе соответственно равны: =0,7803; =0,21; =0,0003; = 0,0093.
При давлениях, близких к атмосферному, и комнатной температуре воздух обладает свойствами идеального газа. Под идеальным газом понимают воображаемый газ, в котором отсутствуют силы взаимодействия между молекулами, а объемом самих молекул можно пренебречь по сравнению с объемом газом. Все реальные газы при высоких температурах и малых давлениях по своим свойствам практически не отличаются от идеального газа.
Характеристическое уравнение или уравнение состояния идеального газа связывает между собой основные параметры состояния - давление, объем и температуру - и может бать представлено уравнением Клапейрона (для 1 кг идеального газа)
где Р,Т - абсолютные давления, Па, и температура, К; с=1/=m/V - плотность газа ; =V/m - удельный объем, ; R - (индивидуальная) газовая постоянная для 1 кг газа, Дж/(кг*К); V,m - объем, и масса воздуха, кг.
Для произвольной массы (m, кг) газа уравнение состояния идеального газа можно получить путем умножения обеих частей (1.1) на массу m:
Для 1 кмоль газа уравнение состояния (уравнение Клапейрона-Менделеева) можно получить путем умножения обеих частей (1.1) на молярную массу газа м
где =м - объем 1 кмоля газа, . При нормальных условиях физических условиях (=1,01325* Па; =273,15 К) для всех газов =22,41 ; =мR8314,2 Дж/(кмоль*К) - универсальная газовая постоянная для 1 кмоль газа, одинаковая для всех газов; м - молярная масса газа, кг/кмоль.
Численное значение можно получить из уравнения (1.3), записав его, например, для нормальных условий:
=/ =1,01325**22,41/273,15=8314,2 Дж/(кмоль*К) (1.4)
Универсальное уравнение состояния, отнесенное к 1 кмоль газа (1.3) может быть переписано в виде
Индивидуальная газовая постоянная (R) есть работа 1 кг идеального газа в процессе при постоянном давлении и при изменении температуры на один градус (°С или К).
Газовую постоянную (воздуха) смеси идеальных газов, если заданы массовые доли -x компонентов смеси можно определить по формуле
Среднюю молярную массу смеси можно выразить через молекулярные массы компонентов и их объемные доли формулой
Согласно закону Амага для идеального газа молярная доля равна объемной доле -й компоненты газа. Молярные массы газов берут из приложения А.
Если абсолютное давление в сосуде больше барометрического (атмосферного) , то определяется по формуле
=+, (1.8) а если меньше, то по формуле
В уравнениях (1.8) и (1.9) и - избыточное (манометрическое) и вакуумметрическое (разрежение) давления, Па, измеряемые соответственно манометром и вакуумметром.
1.4 Методика проведения работы и описание экспериментальной установки
В данной работе экспериментальное определение газовой постоянной воздуха осуществляется следующим образом.
В сосуде 7 в соответствии с рисунком 1.1 с неизменным объемом V содержится воздух массой при атмосферном давлении и температуре помещения . Начальные параметры его состояния связаны уравнением состояния
После откачки части воздуха из сосуда и закрытие крана 6, его давление станет , масса , а новое состояние будет описываться уравнением
Если экспериментально определить параметры этих равновесных состояний воздуха, то вычтя (1.11) из (1.10), можно определить газовую постоянную
где - разрежение (или вакуум) в сосуде, измеряемое вакуумметром в Па, - температура окружающей среды измеренная лабораторным термометром в К.
Объем сосуда V показан на стенде. Схема экспериментальной установки показана на рис. 1.1.
Экспериментальная установка состоит из точного электронного веса 8, на которой находится опытный сосуд 7, имеющий кран 6. Последний с помощью металлических (стеклянных) 4 и резиновых трубок 5 соединяется с вакуум-насосом 1 и вакуумметром 3. Между вакуум-насосом 1 и сосудом 7 подключен ресивер 2 для сглаживания пульсации давления при откачке воздуха.
1-вакуум-насос; 2-ресивер; 3-вакуумметр; 4-металлические (стеклянные) трубки; 6-кран (зажим); 7-опытный сосуд; 8-лабораторный электронный вес.
Рисунок 1.1 - Схема экспериментальной установки
1.5 Порядок проведения работы и обработка результатов эксперимента
С помощью резиновой или (стеклянной) трубки 5 отсоединяем опытный сосуд 7 от вакуумной системы. Открыв кран 6 необходимо подождать 2…3 минуты и проверить равенство весов сосуда 7, т.е. с помощью электронного веса 8 определить первоначальный вес опытного сосуда 7 заполненный воздухом . При этом давление и температура воздуха в сосуде 7, очевидно будут равны давлению и температуре окружающего лабораторного помещения , которые определяются с помощью барометра - анероида и термометра. Затем сосуд 7 с помощью резиновой (или стеклянной) трубки 5, крана 6 подключается к вакуум-насосу 1, вакуумметру 3, ресиверу 2 и проводится откачка части воздуха их сосуда 7, наблюдая за величиной разрежения по вакуумметру 3. После откачки части воздуха до заданной преподавателем величины выждать 2…3 мин. и в этом состоянии необходимо измерить вакуумметром разрежение в сосуде 7. За это время обычно устанавливается тепловое состояние сосуда с окружающей средой. Затем кран 6 закрывается, отсоединяются резиновые трубки 5 и с помощью лабораторного электронного веса 8 определяется вес (масса) сосуда 7 с учетом откаченного воздуха . При этом мы имеем меньшую массу сосуда . Тогда вес откаченного воздуха дает величину
где - масса сосуда с краном и резиновой (или стеклянной) трубкой до начала опыта; - масса сосуда с краном и резиновой (или стеклянной) трубкой в конце опыта. Опыт повторяется при трех значениях разрежения . До начала опыта необходимо заготовить таблицу наблюдений (таблица 1.1).
Объем опытного сосуда 7: V=…. . Измерить температуру окружающей среды лабораторным термометром, а давление барометром
Результаты измерений и обработки результатов эксперимента.
Измеренные значения величин, необходимые для расчета газовой постоянной воздуха, нужно выразить в системе СИ (см. приложение Б), затем по формуле (1.12) найти и среднеарифметическое значение по данным трех опытов. Полученное среднее значение надо сравнить соответственно с расчетным по формуле (1.6) и литературными данными (=287 Дж/(кг·К)) по формулам:
Максимальная относительная (приборная) погрешность в определении газового постоянного воздуха находится при использовании уравнения (1.12) с учетом применяемых в работе средств измерения по формуле
где - абсолютная погрешность измерения объема опытного сосуда, (5*); - абсолютная погрешность измерения давления (определяется классом точности прибора); - абсолютная погрешность измерения массы выкаченного воздуха (определяется классом точности прибора г); - абсолютная погрешность измерения температуры окружающего воздуха ().
Эксперимент считается проведенным удовлетворительным, если меньше или равно
Литература: 1[стр. 6-11]; 2[стр. 10-32]; 5[стр.11-14].
1) Чем отличается индивидуальная газовая и универсальная газовая постоянные, связь между ними, их размерности?
2) Что такое абсолютное, барометрическое, избыточное и вакуумметрическое давления? Какими приборами они измеряются? Какое из давлений является параметром состояния и почему?
3) Что такое термический параметр состояния? Какие параметры приняты в технической термодинамике за основные и почему?
4) Какие уравнения состояния идеального газа вы знаете, размерности величин, входящих в эти уравнения?
5) Что такое рабочее тело, термодинамическая система, равновесное и неравновесное состояние, равновесный и неравновесный термодинамические процессы, обратимый и необратимые процессы?
6) Чем отличается идеальный газ от реального? Дать их определение?
7) Что называется термодинамическим процессом?
8) Какие параметры определяют тепловое состояние тела и в каких единицах они измеряются?
9) Укажите погрешность измерения, какой величины составляет максимальную долю погрешности определения газовой постоянной воздуха?
10) Дайте формулировку и напишите первый закон термодинамики в дифференциальном и аналитическом видах.
2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2. ИЗОТЕРМИЧЕСКОЕ СЖАТИЕ ВОЗДУХА
Цель работы - изучение закономерностей изменения параметров состояния идеального газа (воздуха) при изотермическом процессе, расчет работы процесса и изменений калорических функций (энтропии).
1) Получить экспериментальную и расчетную (теоретическую) зависимость объема газа (воздуха) от давления в изотермическом процессе V=(P) при Т=
2) Сравнить экспериментальную зависимость V=(P) (изотерму(кривую)) с теоретической рассчитанной по формуле (2.2).
3) Рассчитать экспериментальную и теоретическую работу изотермического сжатия в процессе двумя заданными состояниями по формуле (2.3) или (2.4).
4) Определить (экспериментально) показатель политропы процесса n в процессе двумя заданными состояниями по формуле (2.12).
5) Рассчитать (экспериментально) изменения энтропии в процессе между двумя заданными состояниями по формуле (2.7) или (2.9).
6) Вычислить относительную величину расхождения между значениями работы сжатия и давления, рассчитанную по экспериментальной и расчетной кривой по формулам (2.2) и (2.4).
Сухой воздух при давлениях, близких к атмосферному с достаточной степенью точности может считаться идеальным газом. В идеальных газах отсутствуют силы взаимного притяжения и отталкивания между молекулами, а объем самих молекул пренебрежимо мал по сравнению с объемом газа. Связь между параметрами в двух состояниях 1 и 2 равновесного изотермического процесса идеального газа характеризуются уравнением Бойля-Мариотта
где идеальный объем газа, ; V=m- объем газа, .
Экспериментальная работа изменения объема газа в изотермическом процессе между состояниями 1 и 2 определяется по формуле (для 1 кг газа)
где m (кг) масса рабочего тела в каждом опыте в бюретке 6, кг. Ее можно найти по уравнению состояния идеального газа:
где R =287 Дж/(кг·К)- газовая постоянная воздуха.
Внутренняя энергия и энтальпия газа в изотермическом процессе не меняется, поэтому из первого закона термодинамики () работа изменения объема и количество теплоты, полученное телом, равны между собой.
Изменение экспериментальной энтропии в изотермическом процессе, т.е. разность энтропии, соответствующих состояниям 1и 2 вычисляется следующим образом
Формула (2.7) может быть приведена к другому виду. Из уравнения состояния идеального газа имеем
С учетом этого соотношения (2.6) приобретает вид
Теплоемкость в изотермическом процессе
Показатель политропы n любого политропного процесса 1-2 (из уравнения политропного процесса)
2.4 Методика проведения работы и описание экспериментальной установки
Изотермический процесс практически может быть осуществлен за счет организации интенсивного теплообмена термодинамической системы со средой, имеющей постоянную температуру. При этом протекающий процесс можно рассматривать как квазиравномерный, если температура во всех точках системы в каждый момент времени будет одинаковой. Поэтому изотермический процесс технически может быть осуществить, строго говоря, ряд дискретных равновесных состояний термодинамической системы, имеющей одинаковую температуру.
Равновесный изотермический процесс сжатия воздуха реализуется на экспериментальной установке, схема которой показана на рис 2.1, путем дискретного перевода рабочего тела (воздуха) из состояния равновесия с окружающей средой «1» в заданные состояние «2» через ряд промежуточных равновесных состояний при комнатной температуре Т=
Исследуемое вещество (атмосферный воздух) находится в тонкостенной стеклянной трубке 6, расположенной в сосуде 4, верхний конец которой герметично закрыт, и нижний - открыт - конец погружен в жидкость (трансформаторное масло) 8. Сосуд 4 соединен с манометром 7 и вакуум-насосом 1.
Изменение давления воздуха в трубке 6 производится ручным вакуум-насосом 1 и краном 3 и измеряется манометром 7. Изменение давления воздуха в бюретке 6 вызывает соответствующее изменение объема, которое фиксируется по уровню жидкости в бюретке (трубке) 6 с помощью шкалы 5.
1- вакуум-насос; 2- резиновые трубки; 3- кран (зажим); 4- стеклянный сосуд; 5- шкала; 6- бюретка (рабочая трубка); 7- манометр; 8- жидкость.
Рисунок 2.1- Схема экспериментальной установки.
2.5 Порядок проведения работы и обработка результатов эксперимента
Опыт состоит в измерении давлений и объемов воздуха, соответствующих ряд равновесных состояний при одинаковой температуре.
В начале опыта фиксируется температура воздуха в помещении по ртутному термометру. После этого при открытом кране 3 нужно записать давление в первом равновесном состоянии по показаниям манометра 7 (или барометра) и объем воздуха в условных единицах () шкалы 5. Далее вакуум-насосом 1 накачать воздух в сосуд 4 до заданного преподавателем значения избыточного давления , фиксируя по манометру 7 и шкале 5 давление и объем воздуха в бюретке 6 в пяти-шести промежуточных между «1» и «2» равновесных состояниях рабочего тела. При этом следует зафиксировать ряд равновесных состояний (не менее 5…6) до максимального давления (приблизительно до 0,5 кгс/). Необходимо учитывать, что при сжатии температура воздуха несколько повышается, поэтому после каждого изменения давления нужно выждать некоторое время (1…2 минуты) для того, чтобы температура воздуха вновь стала равной температуре в сосуде 4. В это время давление и объем воздуха мало изменяются. Поэтому измерять давление и объем надо после того, как эти величины установятся.
В состоянии «1» абсолютное давление рабочего тела равно барометрическому , а в остальных состояниях
где - избыточное давление рабочего тела, фиксируемое манометром в каждом опыте; - абсолютное давление при различных равновесных состояниях рабочего тела.
В термодинамике параметром состояния рабочего тела является только абсолютное давление.
До подстановки величины и в (2.13) их следует перевести в Па по приложению Б.
Данные измерения давлений и объемов ряда равновесных изотермических состояний представляется в виде таблицы 2.1 и P,V- диаграмме. В P,V- диаграмме строят экспериментальную (по данным таблицы 2.1) и теоретическую (расчетную) изотермы рассчитанную по формуле (2.2), или (по данным таблицы 2.2), принимая за их общую начальную точки «1» с параметрами и , т.е. используя уравнение изотермического процесса идеального газа (2.2), необходимо построить расчетную изотерму, проходящую через начальное состояние в каждом опыте. Теоретическая (расчетная) изотерма строится по формуле (2.2). При этом, давая значения объема V, определить соответствующие им давления Р.
Ошибка эксперимента может быть оценена по расхождению давлений на экспериментальной и теоретической (расчетной) изотермах (кривых) в месте их максимального удаления друг от друга:
Величина должна быть сопоставлена с приборной погрешностью:
где - максимальное избыточное давление, измеряемое данным манометром; - класс точности прибора (манометра); - начальное барометрическое давление по показаниям барометра.
Если меньше или равно , то опыт выполнен с достаточной точностью; если больше , необходимо искать источник погрешности в эксперименте.
Далее, используя экспериментальную кривую изотермического процесса (или по таблице 2.1), по соотношению (2.3) или (2.4) определить экспериментальную работу изотермического сжатия рабочего тела и экспериментальное изменение энтропии системы по формуле (2.7) или (2.9).
Максимальная относительная ошибка определения работы и изменения энтропии в изотермическом процессе рассчитываются соответственно по формулам:
где - абсолютная погрешность изменения объема воздуха, соответствующая половине деления шкалы 5; - абсолютная погрешность измерения температуры воздуха; =1К или соответствующая половине деления шкалы ртутного термометра; - абсолютная погрешность измерения Р (определяется классом точности прибора).
Далее нужно вычислить расчетную работу сжатия системы по формулам (2.3) или (2.4), вычислить относительную величину расхождения между значениями работы сжатия, рассчитанных по экспериментальной и расчетной кривой по формуле
Полученную относительную величину расхождения сравнить с максимальной относительной ошибкой определения, вычисленной по формуле (2.16)
Далее нужно вычислить экспериментальный показатель политропы n в процессе между двумя заданными состояниями по формуле (2.12) и найти среднеарифметическое значение
Расчетные данные заносятся в таблицу 2.2
Литература: 1 [стр. 30-34]; 3 [стр.63-68]; 5,6 [стр.22-26].
1) Какой процесс называется изотермическим? Соотношение между параметрами в изотермическом процессе.
2) Что называется равновесным состоянием и равновесным процессом?
3) Почему изменения внутренней энергии и энтальпии идеального газа в изотермическом процессе равны нулю?
4) Чему равна теплоемкость изотермического процесса?
5) Вывести формулы работы изменения объема в изотермическом процессе?
6) Как реализуется изотермический процесс в данной работе?
7) Каково взаимное расположение изотермы и адиабаты на Р,V- диаграмме, проведенной из одной точки при сжатии и расширении газа?
8) Докажите, что в изотермическом процессе работа, совершаемая идеальным газом, равна количеству тепла, подведенного в данном процессе.
9) Написать (два вида) уравнения первого закона термодинамики для изотермического процесса.
10) Как связаны между собой теплота, работа и изменение внутренней энергии термодинамической системы и как называется эта зависимость?
11) Каково расположение изотермы в Р,V и Т,S- координатах?
12) При каких условиях политропный процесс переходит в изотермический?
13) Способы определения показателя политропы.
14) По каким уравнениям вычисляется изменение энтропии в изотермическом процессе?
15) Написать уравнение теплоемкости политропного процесса и показать, что из данного уравнения можно получить теплоемкости изотермического процесса.
16) Что такое энтропия и энтальпия?
17) Сформулируйте цель настоящей работы.
3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3. АДИАБАТНОЕ РАСШИРЕНИЕ ВОЗДУХА
Цель работы- изучение закономерностей изменения параметров состояния воздуха при адиабатном расширении, расчет работы процесса и показателя адиабаты, и получение навыков экспериментального термодинамического исследования.
1) Получить экспериментальную и расчетную (теоретическую) зависимости объема газа (воздуха) от давления в адиабатном процессе.
2) Сравнить экспериментальную адиабату (кривую ) с теоретической рассчитанной по формуле (3.8).
3) Определить (экспериментально) показатель адиабаты К в процессе двумя заданными состояниями по формуле (3.18) и сравнить его с литературным значением .
4) Рассчитать экспериментальную и расчетную работу адиабатного расширения в процессе двумя заданными состояниями по формуле (3.13).
5) Рассчитать экспериментальную располагаемую работу в адиабатном процессе между двумя заданными состояниями по формуле (3.14).
6) Вычислить относительную величину расхождения между значениями работы расширения, давления и показателя адиабаты, рассчитанную по экспериментальной и расчетной величине по формулам (3.17) и (3.20).
7) Определить максимальную относительную погрешность (эксперимента) определения работы расширения адиабатного процесса по формуле (3.22).
8) Составить и защитить отчет по выполненной работе.
Адиабатным процессом называется такой процесс, в котором к термодинамической системе не подводится и от термодинамической системы не отводится тепло, т.е. .
В реальных условиях процесс является адиабатным в тех случаях, когда система снабжена хорошей теплоизоляцией или когда процесс расширения (сжатия) системы происходит настолько быстро, что не успевает произойти сколько-нибудь заметный теплообмен рабочего тела с окружающей средой. Для получения адиабатного процесса необходимым и обязательным условием является и, следовательно, Q=0.
Для обратимого адиабатного процесса , но поскольку на основании уравнения второго закона термодинамики для этого процесса dQ=TdS, то dS=0 и изменение энтропии , т.е. Следовательно, обратимый адиабатный процесс является процессом при постоянной энтропии, или изоэнтропным.
Дифференциальным уравнением изоэнтропного (адиабатного) процесса является выражение
В термодинамике внутренняя энергия U, энтальпия H, теплоемкость С называются калориметрическими свойствами (параметрами) вещества, а объем V, давление Р, температура Т- термическими свойствами (параметрами). Уравнение (3.1) показывает, как связан изменение калорических свойств системы (Н,U) с изменением ее термических свойств (Р,V) в изоэнтропном процессе.
В уравнении (3.1) обозначим . (3.2)
Величину К называют показателем изоэнтропного (адиабатного) процесса.
Связь между параметрами в адиабатическом процессе можно получить при и двух форм записи первого закона термодинамики.
разделив (3.4) на (3.3) и обозначив , получим
Тогда интегрируя (3.6) от 1-го до 2-го состояния уравнение адиабаты в дифференциальной форме
Кроме того, с учетом уравнения состояния и можно получить связь между V и Т, Р и Т в адиабатическом процессе:
Здесь - показатель адиабаты; и - массовая изобарная и изохорная теплоемкость, Дж/К; Т, Р и V- абсолютная температура, К, давление, Па, и объем, .
Показатель адиабаты К может изменятся с изменением состоянием рабочего тела. При переменной К обычно при технических расчетах берут среднее значение в рассматриваемом интервале параметров. С учетом (3.9) и (3.10) можно получить:
Для многих газов и паров величина показателя изоэнтропы (адиабаты) К с изменением температуры изменяется относительно слабо, причем для большинства газов значение К лежат в интервале 1,3….1,7. Для воздуха К1,41.
Работа расширения L и располагаемая работа системы в адиабатном процессе между состояниями 1 и 2 определяются по формулам:
В адиабатическом процессе работа расширения системы совершается за счет убыли внутренней энергии системы
Следует подчеркнуть, что уравнения (3.13) и (3.14) пригодны для расчетов и в том случае, если в интервале параметров между точками 1 и 2 показатель адиабаты К сохраняется постоянным. Если же К изменяется, то при расчете по уравнениям (3.13) и (3.14) следует пользоваться средним значением в данном интервале параметров.
3.4 Методика проведения работы и описание экспериментальной установки
Работа выполняется на установке, приведенной на рис. 2.1 (см.стр.14). Основным элементом экспериментальной установки является сосуд 4 (стеклянный цилиндр
Термодинамика и основы теплотехники методичка. Физика и энергетика.
Реферат по теме О предметной сфере маркетинговых исследований
Дипломная работа: Муниципальные займы Нижнего Новгорода. Скачать бесплатно и без регистрации
Практическая Работа Размножение Растений
Реферат по теме Об иконах Богородицы
Удивительные Мастера Маскировки Среди Животных Сочинение
Эссе Сила И Слабость Франции
Что Читает Современная Молодежь Сочинение Рассуждение
Учебное пособие: Методические указания Екатеринбург 2006 Требования к дипломным и курсовым работам и отчетам о производственной практике по специальности 07300 Прикладная математика. Методические указания / Сост. В. Б. Сурнев Екатеринбург: уггу, 2006
Реферат по теме Понятие, планирование, структура и формы ассортимента
Дневники Практики Ветеринарной
Темы Рефератов Отчет О Финансовых Результатах
Реферат по теме Стихийные явления и бедствия, их характеристика
Сочинение по теме Характер и судьба Жюльена Сореля
Реферат по теме Общество как социокультурная единица
Реферат: Задачи по Информатики
Курсовая работа: Изучение конкурентов и завоевание преимуществ в конкурентной борьбе компанией
Реферат по теме Воздушные перевозки в туризме
Реферат: International Business Morality Essay Research Paper Society
Реферат Речевой Этикет 5 Класс
И Снова Фингер Ин Май Эсс
Влияние вредных привычек родителей на эмбриональное развитие ребенка - Медицина презентация
Возникновение Османской империи - История и исторические личности дипломная работа
Сальвадор Дали - Культура и искусство презентация