Определение теплоемкости металлов методом электрического нагрева

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Прямое определение теплоемкости нескольких образцов методом электрического нагрева. Проверка закона Дюлонга и Пти

ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ: Лабораторный комплект ЛКТ-3, включающий измерительную систему ИСТ-2М, приборный блок, печь-термостат, изучаемые объекты

ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

1. Получите от преподавателя значения двух мощностей нагрева W _1, W ₂

2. Поставьте на печь теплоизолирующий колпачок. Его наличие необходимо, чтобы определить теплоемкость пустой печи и мощность тепловых потерь при условиях, аналогичных присутствию на печи металлического цилиндра в теплоизолирующем колпачке.

3. Методом двукратного нагрева с шагом по температуре 10С с нагревом от 40С до 120С аналогично Л/Р N1 снимите данные (температура, время, ток и напряжение нагревателя) для обеих мощностей нагрева и заполните Таблицу 1

4. определите теплоемкость пустой печи С₀ и мощность тепловых потерь W’(T_i) (для всех температурных интервалов) по формулам:

1)

5. Получите от преподавателя два образца металлических цилиндров из набора: (латунь, алюминий, сталь).

6. Очистите поверхности нагревателя и первого металлического цилиндра с помощью бумаги. Нанесите на подошву металлического цилиндра каплю глицерина (для лучшего теплового контакта) и установите его на плите нагревателя.

7. Наденьте на образец теплоизолирующий кожух.

8. Прижмите кожух к плите стержнем с пружинами (если они присутствуют)

9. Методом нагрева с мощностью W ₂ снимите данные (температура, время, ток и напряжение нагревателя) для первого образца и заполните таблицу 2(а), аналогичную таблице 1

Таблица 1 (Пример). Измеренные и вычисленные показания времени нагрева, тока, напряжения, мощности и мощности тепловых потерь

Время нагрева t1 (сек)	Температура T1	Ток нагрева I1 (мА)	Напряжение U1 (В)	Мощность нагрева W1 (Вт)
			13,00	15,28
			12,89	15,07
Время нагрева t2 (сек)	Температура T2	Ток нагрева I2 (мА)	Напряжение U2 (В)	Мощность нагрева W2 (Вт)	Мощность потерь W’ (Вт)	Теплоемкость С0 (дж/К)
					---	--
			15,02	25,07	3,33	70,3
			15,07	25,12	4,63	70,15

10. Методом нагрева с мощностью W ₂ снимите данные (температура, время, ток и напряжение нагревателя) для второго образца и заполните Таблицу 2(б), аналогичную таблице 1

11. По формуле (2) вычислите теплоемкости С₁(Т_i), С₂(Т_i) обоих образцов и запишите в таблицы 2(а), 2(б).

12. Вычислите средние значения <С₁>, <С₂> по формуле: , где N-число измерений C_1,2, а также абсолютную ошибку измерений ΔС₁, ΔС_2, см. Приложение 1.

13. По известным массам образцов найдите удельные теплоемкости данных металлов С₁^уд, С₂ ^уд и их погрешности ΔС₁^уд, ΔС₂ ^уд.

14. Сравните полученные данные С₁^уд, С₂ ^уд с данными, вычисленными с помощью закона Дюлонга и Пти (для твердого тела: С_µ=3R). (Учтите, что молярную теплоемкость в этом законе надо преобразовать в удельную!!)

15. Запишите выводы, включающие С₁, С_2, С₁^уд, С₂ ^уд, ΔС₁^уд, ΔС₂ ^уд., а также табличные значения (из справочника) и значения,, вычисленные с помощью закона Дюлонга и Пти.

Вопросы:

1. Понятие термодинамической эффективности циклов. Циклы двигателей внутреннего сгорания (ДВС): с подводом теплоты, при постоянном объеме и давлении и со смешанным подводом теплоты.

2. Устройство 2х-тактного ДВС. Циклы его работы

3. Устройство 4х-тактного ДВС. Циклы его работы

4. Отличия двигателя Отто от двигателя Дизеля

5. Отличия двигателя Дизеля от двигателя со смешанным подводом теплоты

6. Общее уравнение для КПД всех типов поршневых ДВС. Основные параметры цикла работы. Вычисление КПД для конкретных значений λ,ε, k. Преимущества и недостатки разных типов поршневых ДВС.

7. устройство и типы газотурбинных двигателей

8. устройство и принцип работы двигателя Стирлинга. Различные схемы двигателя Стирлинга: (альфа, бета, гамма.)

Задачи:

1. В колбе находилась вода при 0°С Выкачивая из колбы воздух, заморозили всю воду посредством собственного испарения. Какая часть воды при этом испарилась, если притока тепла извне не было? Удельная теплота испарения при t = ОС r = 2543*10³ Дж/кг, теплота плавления льда λ = 335,2 • 10³ Дж/кг.

2. В комнате объемом V= 120 м3 при температуре t=15°С относительная влажность составляет/= 60%. Определить массу водяных паров в воздухе комнаты. Упругость насыщенного водяного пара при t = 15°C равна р0 = 12,79 мм рт. ст.(1,7 кПа).

3. Относительная влажность воздуха при t = 30 °С равна f1 = 0,80. Какова будет относительная влажность f2, если этот воздух нагреть при постоянном объеме до t2 = 50 °С? Давление насыщенных паров воды при 30 °С p1= 31,8 мм рт. ст. (4,23 кПа), при 50 °С р2 =92,5 мм рт. ст. (12,3 кПа).

4. Для использования теплоты газов, уходящих из топок паровых котлов, в газоходах последних устанавливают воздухоподогреватели. Пусть известно, что воздух нагревается в воздухоподогревателе от t΄=20 ºC до t´´= 250 ºC, а продукты сгорания (газы) при этом охлаждаются от t´_Г = 350 ºC до t´´_Г = 160 ºС. Объемный состав продуктов сгорания, проходящих через воздухоподогреватель, следующий:

CO₂ = 12 %, O₂ = 6 %, H₂O = 2 %, N₂ = (82 – 2) %. Принять, что вся теплота, отдаваемая газами, воспринимается воздухом и процесс происходит при неизменном давлении. Определить расход воздуха, приведенный к нормальным условиям V_вн, если известно, что расход газов V_гн = 66 · 10³ м³ 1/ч.