Определение изобарной теплоёмкости воздуха при атмосферном давлении

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Институт заочного вечернего обучения

Отчет

По лабораторной работе №1

Определение изобарной теплоёмкости воздуха при атмосферном давлении

Выполнил: ст.гр. АДБз-20-1

Перекрест Олеся Александровна

№20150355

Номер зачетной книжки

Проверил: доц.каф.Физики

Рыбарчук О.В.

Иркутск, 2023

Лабораторная работа №1

Определение изобарной теплоёмкости воздуха при атмосферном давлении

Цель работы: Углубление знаний по исследованию теплофизических свойств вещества и изучение метода проточного калориметрирования для определения теплоемкости воздуха при постоянном давлении.

Теоретическая часть

Теплоемкость газа является экстенсивным свойством вещества (зависит от массы газа). Чаще всего в расчетах используют значения удельной теплоемкости. Удельной теплоемкостью называется количество тепла, необходимое для нагрева или охлаждения какой-либо единицы газа (кг, м3, кмоль) на один градус.

В зависимости от выбранной количественной единицы вещества различают массовую теплоемкость c, Дж/(кг∙К); объемную теплоемкость с’, Дж/м3∙К); молярную теплоемкость , Дж/(моль∙К).[pic 1]

Связь между этими теплоёмкости следующая:

[pic 2]

[pic 3]

где  – масса одного киломоля, кг/кмоль;[pic 4]

 – объем киломоля газа при НФУ;[pic 5]

 - плотность газа при НФУ.[pic 6]

Величина теплоемкости зависит от условий подвода тепла. Наибольший интерес представляют процессы нагрева с подводом тепла при постоянном давлении и постоянном объеме; соответственно удельные теплоемкости при этом называются изобарными и изохорными.

Немецкий естествоиспытатель Ю. Р. Майер в 1842 году установил связь между величинами этих теплоемкостей:

[pic 7]

где  – массовая изобарная теплоемкость, Дж/(кг∙К);[pic 8]

 – массовая изохорная теплоемкость, Дж/(кг∙К);[pic 9]

 – индивидуальная газовая постоянная, Дж/(кг∙К).[pic 10]

Теплоемкость идеальных газов зависит от температуры. С увеличением температуры величина теплоемкости увеличивается. В теплотехнических расчетах чаще используют значения средней теплоемкости  – среднего расхода тепла в интервале температур от  до  необходимого для изменения температуры газа на один градус, т.е.[pic 11][pic 12][pic 13]

[pic 14]

[pic 15]

В отличие от средней, теплоемкость при конкретной температуре называется истинной теплоемкостью:

[pic 16]

[pic 17]

[pic 18]

Величина теплоемкости чаще всего определяется экспериментальным путем. Поэтому в данной работе для ее определения используется метод проточного калориметра.

Методика эксперимента и описание установки. Основной частью установки является (рис. 1) является проточный калориметр 1.

[pic 19]

Рисунок 1 – Схема установки для определения теплоемкости воздуха

В установке осуществляется измерение количества теплоты , которое подводится к известному количеству воздуха, чтобы повысить его температуру на некоторую величину. Для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду калориметр 1 выполнен по схеме многоходового теплообменника с самоулавливания тепловых потерь. В центральной части калориметра установлен электрический нагреватель 2. Питание нагревателя осуществляется электрическим током, напряжение которого регулируется автотрансформатором 4. Измерение напряжение и силы тока в цепи нагревателя производится вольтметром и амперметр.[pic 20]