Numărul de lucru 8 (virtual)
determinarea raportului dintre căldura specifică la presiune constantă și căldura specifică la un volum constant de aer prin metoda de extindere adiabatică
Scopul lucrării este de a studia legile unui gaz ideal și principalele prevederi ale teoriei clasice a capacității termice; determina raportul Poisson - raportul dintre căldura specifică la presiune constantă Cp căldura specifică la volum constant, CV de expansiune adiabatică (de Clement - Desormes).
Cantitatea de căldură care trebuie raportată unui mol de substanță pentru a crește temperatura cu 1 K se numește capacitatea de căldură molară.
unde Q este cantitatea de căldură furnizată sistemului, T este temperatura absolută, M este masa gazului și este masa unui mol de gaz.
După cum arată teoria și experimentul, capacitatea de căldură depinde de condițiile în care gazul este încălzit, adică din natura procesului termodinamic.
Căldura specifică a gazului la presiune constantă (Cp) este mai mare decât căldura specifică la volumul constant (Cv). Este ușor să arătați acest lucru calitativ pe baza primei legi a termodinamicii: cantitatea de căldură Q. adus în sistem, este de a crește energia internă a sistemului DU și de a angaja acest sistem de lucru A asupra corpurilor externe.
Dacă gazul este încălzit la un volum constant, atunci lucrarea nu este făcută și toată cantitatea de căldură furnizată merge pentru a crește rezerva de energie internă U, adică numai pentru a crește temperatura gazului. Dacă gazul este încălzit la o presiune constantă, acesta se extinde și produce lucrări care necesită un consum suplimentar de căldură. Astfel, pentru a crește temperatura gazului cu o anumită cantitate în procesul izobaric, este nevoie de mai multă căldură decât izochoric.
După cum rezultă din teorie
unde R este constanta gazului universal.
Raportul = Cp / CV intră în ecuația Poisson descriind procesul adiabatic, adică proces care se desfășoară fără schimbul de căldură cu mediul (Q = 0):
Aici u1 este presiunea și volumul gazului în prima stare și p2 este presiunea și volumul gazului în a doua stare.
Izolarea termică completă a gazului din mediul extern nu poate fi realizată. Totuși, dacă parametrii stării gazului se schimbă foarte rapid, procesul poate fi considerat aproximativ adiabatic. În practică, procesul adiabatic are loc în unele motoare termice (de exemplu, într-un motor diesel); propagarea sunetului în gaze (o schimbare periodică rapidă a presiunii în regiunile mici ale spațiului) are loc și adiabatic.
circuitul de setare este prezentată în figura 1. Dispozitivul este alcătuit dintr-un recipient din sticlă 1, recipientul 2 cu aerul comprimat și manometru lichid în formă de U- 3. Există, de asemenea, două macara - supapa de admisie 4 care servește pentru intrarea gazului în vasul 1 din rezervorul 2 și o supapă de evacuare 5 pentru conectarea vasului la atmosferă.
Derivarea formulei de lucru.
Să luăm în considerare metoda Clement-Desmorff. Lăsați aerul în vasul de sticlă 1 (vezi imaginea) și închideți robinetul 4. Cu o comprimare rapidă, temperatura aerului crește. Prin urmare, după diferența de intrare de terminare în manometrul nivelele de lichid va scădea treptat până când temperatura din interiorul containerului devine egală cu temperatura mediului ambiant. Să numim aer condiționat în vasul după starea de egalizare a temperaturii 1. Parametrii de stare 1: V1 - unitatea de volum de masă de aer; t1 - temperatura aerului; p1 este presiunea din vas.
Tăiați robinetul 5 și, imediat ce presiunea din vas este egală cu presiunea atmosferică, o închidem. Deoarece expansiunea are loc foarte rapid, procesul este aproape de adiabatic și, prin urmare, temperatura va scădea la t2. Volumul unei unități de masă de aer devine V2. Aerul rămas în vas se va deplasa la starea 2 cu parametrii V2. t2. p2 (p2 este presiunea atmosferică). Deoarece t2 temperatură este mai mică decât cea exterioară, aerul din recipient este gradat încălzită (după Corolarului schimb de căldură cu mediul înconjurător) la t1 temperatura aerului ambiant. Această încălzire are loc isochoric, deoarece robinetul este închis. Presiunea aerului din vas crește comparativ cu presiunea atmosferică, iar diferența dintre nivelurile h2 apare în manometru. și anume Aerul intră în starea 3 cu parametrii V2. T1. p3.
Astfel, avem trei stări de gaz cu următorii parametri:
6) calculați pentru fiecare măsurătoare conform formulei (7); găsi mijlocul
7) eroarea de măsurare în acest caz (cantitatea este determinată de mai multe ori) poate fi calculată ca pătrat mediu pentru seria de măsurători n:
8) dați rezultatul final.
1. Care este capacitatea de căldură, capacitatea de căldură molară, căldura specifică? Cum se leagă? Care este dimensiunea capacității termice? Ce determină capacitatea de căldură molară?
2. De ce Cp> CV din punctul de vedere al primei legi a termodinamicii?
3. Ce proces se numește adiabatic? Ce ecuație descrie procesul adiabatic? Desenați un adiabat în coordonatele p-V.
4. Ce procese termodinamice apar în această lucrare? Desenați aceste procese în coordonatele p-T, V-T, p-V.
5. De ce măsurarea presiunii ar trebui efectuată nu imediat după introducerea aerului (eliberare), dar după un timp?
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: