Измеренные и расчётные величины

Лабораторная работа №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЁМКОСТИ ВОЗДУХА

ПРИ ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ

1. Цель работы: экспериментальное определение удельной массовой теплоемкости воздуха при постоянном давлении Cp методом проточного калориметрирования.

Схема экспериментальной установки и методика измерений.

Общий вид экспериментальной установки показан на рис.1. На передней панели прибора находится двухканальный измеритель температур (5) 2ТРМО, подключённый к двум хромель-копелевым термопарам t₁ и t₂ (рис.2), источник питания постоянного тока (3), ротаметр (4), тумблёр «Сеть», тумблёр включения компрессора (2), разъёмы (8) для подключения вольтметра (мультиметра) (9), переключатель (7) для измерения напряжения U_н на нагревателе и падения напряжения U_о на образцовом сопротивлении R_о.

На рис.2 приведена принципиальная схема лабораторного стенда. Воздух с температурой t₁ подаётся компрессором (11) через холодильник (12) и ротаметр (4) в рабочий участок - трубку (14), заключённую в вакуумированную оболочку (сосуд Дьюара) (15). В трубке (14) находится нихромовый нагреватель (16). Протекая через трубку (14), воздух нагревается при p = const. Нагреватель питается от источника постоянного тока (3). Напряжение на нагревателе U_н и сила тока в цепи нагрева I измеряются цифровыми вольтметром и амперметром блока питания. Температуры воздуха на входе в сосуд Дьюара t₁ и на выходе t₂ из трубки (14) после нагрева измеряются прибором 2ТРМ0. Объёмный расход воздуха определяется по показаниям Пок ротаметра (4).

Порядок проведения эксперимента.

1. Подсоединить блок питания (3) с помощью проводов к разъёмам (8) на передней панели установки.

2. Включить питание установки тумблером «Сеть», измеритель температуры (5) тумблером (6), компрессор тумблером (2).

3. Включить питание нагревателя кнопочным выключателем (3) источника питания и установить первое значение напряжения на нагревателе U_н = 3 В.

4. Измерить силу тока в нагревателе по показаниям электронного амперметра.

5. Через 3-5 минут (по достижении стационарного режима – неизменности во времени показаний t₂) произвести отсчёт температур t₁ и t₂ по измерителю 2ТРМО и показания Пок ротаметра (4).

6. Пункты 3-5 повторить для следующих значений напряжения на нагревателе:

U_н = 4; 5; 6; 7 В.

Измеренные и расчётные величины.

Измеренные величины:

t₂ – температура холодного воздуха на входе в сосуд Дьюара;

t₁ - температура нагретого воздуха на выходе из рабочего участка;

Пок – объёмный расход воздуха по шкале ротаметра;

U_н – напряжение на нагревателе, В;

I – сила тока в нагревателе.

Расчётные величины:

m _с = 2,7×10^-7V_Т, кг/с – массовый расход воздуха, (1)

где V_Т = 0,0118×Пок² + 2,7712×Пок + 34,393, л/ч – объемный расход воздуха по показаниям ротаметра;

Q = U_н I – мощность, выделяемая нагревателем; (2)

- удельная теплоёмкость воздуха при p = const. (3)

Таблица результатов эксперимента

№ п/п	t1	t2	Dt	Uн, В	I, A	Пок, дел	Q, Вт	m с, кг/с

Для нахождения средней удельной массовой теплоёмкости воздуха при постоянном давлении строится график зависимости

Q=¦(Dt) (4)

и определяются параметры линейной функции (линии тренда, построенной, например, в Excel)

, (5)

где y =Q; k = C_P m _c; b=Q_пот – тепловая мощность потерь,

. (6)

Рис.1. Общий вид измерителя удельной теплоемкости воздуха

Рис.2. Принципиальная схема лабораторного стенда