Порядок виконання лабораторної роботи

 

Ознайомтесь з лабораторною установкою, розміщенням її основних елементів згідно принципової схеми (рис.3.1).

Занесіть в табл.3.2 значення температури t₀ та тиску P_б навколишнього середовища, отримайте індивідуальне завда-ння.

Таблиця 3.2 - Результати вимірювань

Величина	Заміри
Позначення	одиниця
tн.с.	^0С
pб	мм.рт.ст.
z1	мм.вод.ст.
z3	мм.вод.ст.
zmax	мм.вод.ст.

Повідомте викладачеві послідовність виконання індивідуального завдання, після схвалення якого з дозволу викладача можете приступати до виконання роботи.

Установку вимикачем Q1 від’єднайте від мережі. Поворотом проти ходу годинникової стрілки відкрийте крани ВН1 та ВН2. Переконайтесь, що тиск повітря в балоні дорівнює барометричному P_б; z =0 (рис.3.2).

 

 

 

Б1 – балон; ВН1, ВН2 – крани; Д1 – електродвигун; КМ1 – компресор; МН1 – манометр; HL1, HL2 – лампочки;

Q1, Q2 – вимикачі

 

 

Рисунок 3.2 – Принципова схема лабораторної устано­вки

 

 

Закрийте кран ВН1. Тиск повітря в балоні не повинен змінюватися протягом 3 хв.; dz =0.

Поворотом за ходом годинникової стрілки закрийте кран ВН2.

Вимикачем Q1 з’єднайте установку з електричною мережею. Якщо не засвітилася лампочка HL1, то вимкніть Q1 і повідомте про це викладача.

Відкрийте кран ВН2 поворотом проти годиникової стрілки до упору; повинні засвітитися лампочка HL2 і працювати компресор КМ1.

Слідкуйте за показами манометра МН1.

Коли тиск повітря в балоні досягне заданого значення P_max(z_max), закрийте кран ВН2. Компресор припинить подачу повітря в балон, лампочка HL2 погасне.

Відключіть установку від мережі за допомогою вимикача Q1; лампочка HL1 погасне. Слідкуйте за показами манометра; тиск почне зменшуватись (dz<0).

Протягом деякого часу температура газу в балоні повинна зрівнятися з температурою навколишнього середовища. При цьому припиниться зменшення тиску газу в балоні; dz=0.

Якщо протягом п’яти хвилин надлишковий тиск повітря в балоні не буде мінятися (z₁=const), то запишіть значення z₁ в табл.4.1 звіту.

Швидко відкрийте кран ВН1 і тримайте його відкри­тим, поки тиск в балоні не стане атмосферним; z =0.

Після закриття крану ВН1 слідкуйте за показами манометра МН1. Тиск буде по­малу зростати; dz>0.

Через три хвилини після того, як тиск в балоні пере­стане змінюватися (dz=0), запишіть покази манометра z₃ в табл.4.1 звіту.

Повторіть ще три заміри для інших значень Р_max.

Під час проведення досліду паралельно виконуйте обробку дослідних даних.

Після закінчення дослідів дайте на підпис викладачеві заповнену табл.4.1 звіту.

Приведіть в порядок робоче місце біля лабораторної установки.

Закінчіть виконання індивідуального завдання, напишіть висновки по роботі, здайте звіт з роботи на підпис викладачеві.

Обробка результатів досліду

Обробка дослідних даних виконується згідно індивідуального завдання в формі табл.3.3.

Таблиця 3.3 - Обробка результатів дослідів

Величина	Розрахункова формула	Заміри
Позначення	Одиниця
p1м		9,81×10^-3 z1
p3м		9,81×10^-3 z3
p2	кПа	0,1333 pб
p1		p1м+p2
p3		p3м+p2
zб	мм.вод.ст.	13,6 pб
k1	-	ln(p1/p2)/ln(p1/p3)
k2	-	z1/(z1-z3)
k3	-	[ 1-(z3/z1)(2zб-z3)/(2zб-z1) ] ^-1
k	-	(k1+k2+k3)/3
Dk	-	1,4 - k
dk	%	100Dk/1,4
T1	K	tн.с. + 273
v1	м^3/кг	RnT1 /p1
T2	K	T1(p2 /p1)^(k-1)/k
v2	м^3/кг	RnT2 /p2
T3	K	T1
v3	м^3/кг	RnT3 /p3
cvm	Дж/(кг×К)	Rn/(k-1)
cpm	Дж/(кг×К)	kcvm

Абсолютний тиск повітря в балоні:

, (3.9)

де P - абсолютний тиск повітря, кПа; P_б - барометричний тиск, мм.рт.ст.; z - надлишковий тиск, мм.вод.ст.;

Питомий об’єм повітря в балоні:

, (3.10)

де u - питомий об’єм, м³/кг; R_п - питома газова стала повітря, кДж/(кг×К); T - термодинамічна температура, К. Для повітря R_п =287 Дж/(кг×К).

Дослідний показник адіабати:

, (3.11)

де P₁, P_{2 ,} P₃ - абсолютний тиск повітря в балоні відповідно у стані, що відповідає характерним точкам процесу (рис.2.1), кПа.

Показник адіабати першого наближення:

, (3.12)

де z₁, z₃ – надлишковий тиск в балоні відповідно перед адіабатним розширенням і в кінці ізохорного процесу, мм.вод.ст.

Показник адіабати другого наближення:

, (3.13)

де z_б – барометричний тиск, мм.рт.ст.

Термодинамічна температура повітря на початку адіабатного розширення:

. (3.14)

Розрахункова температура повітря в кінці адіабатного розширення:

. (3.15)

Середній дослідний показник адіабати:

, (3.16)

де n – число замірів.

Абсолютна похибка визначення показника адіабати:

 

. (3.17)

Відносна похибка визначення показника адіабати, %:

, (3.18)

У формулах (3.17) і (3.18) число 1,4 – це середнє значення показника адіабати повітря в діапазоні температури (0-50)°C.

3.6 Контрольні запитання

1. Що називається термодинамічним процесом?

2. Який стан газу називається рівноважним?

3. Яка принципова відмінність між термічними і калоричними параметрами стану?

4. Що являють собою і для чого служать термодинамічні діаграми?

5. Що називається термодинамічною системою?

6. Чим відрізняється закрита термодинамічна система від адіабатної?

7. В чому відмінність між адіабатною термодинамічною системою та ізольованою?

8. В чому відмінність між адіабатним і ізотермним процесами?

9. Запишіть формули для визначення зміни внутрішньої енергії та ентальпії ідеального газу в довільному політропному процесі?

10. Чому дорівнює відношення роботи газу в ізотермному процесі до теплоти цього процесу?

11. В якому процесі не змінюється ентропія ідеального газу?

12. Як називається процес, в якому відношення зміни ентальпії ідеального газу до теплоти процесу дорівнює показнику адіабати?

13. З яких основних конструктивних елементів складається лабораторна установка?

14. Для чого використовується компресор у лабораторній установці?

15. Для чого здійснюється швидкий випуск повітря із балона при виконанні лабораторної роботи?

16. Які формули використовуються для визначення показника адіабати при обробці дослідних даних?

17. Що називається показником адіабати?

18. Чому після випуску частини повітря з балона і закриття крана ВН1 тиск в балоні починає зростати?

19. Що називається роботою процесу і як вона обчислюється?

20. Що називається теплотою процесу і як вона обчислюється?

21. Що називається енергією?

 

 

Лабораторна робота №4