ТЕОРЕТИЧЕСКие основы работы

Лабораторная работа №1

 

Определение удельной теплоемкости воздуха при постоянном давлении

 

Цель работы

 

Экспериментальное определение теплоемности воздуха при постоянном давлении методом протока. Изучение мето-дов измерения разности температур и расхода воздуха.

 

 

ТЕОРЕТИЧЕСКие основы работы

 

Теплоемкостью тела (газа) называется такое количество тепла, которое надо сообщить телу (газу), чтобы повысить его температуру на 1 кельвин:

 

(1.1.1)

 

Здесь означает не приращение функции, а элементар-ное количество теплоты. Поскольку величина зависит от процесса, т.е. является функцией процесса, то и теплоёмкость тоже является функцией процесса. Поэтому без указания процесса выражение для теплоёмкости не имеет смысла.

В основном пользуются молярной теплоёмкостью (т.е. теп-лоёмкостью моля вещества) , Дж/(моль·К). В таблицах же часто указывают удельную теплоёмкость (т.е. теплоёмкость единицы массы) , Дж/(кг·К). Соотношение между теплоём-костями следующее:

, (1.1.2)

 

где – молярная масса вещества.

Особое значение при рассмотрении процессов в газах име-ют два значения теплоёмкости: при постоянном объёме и постоянном давлении . Разность значений теплоемкостей и связана с тем, что, согласно Первому началу термо-динамики, теплота, сообщаемая системе, идет на изменение внутренней энергии системы и на совершение системой рабо-ты. При постоянном объеме работа не совершается, поэтому теплоемкость меньше . Настоящая работа посвящена оп-ределению теплоемкости воздуха постоянном давлении .

При измерение воздуха в данной работе воздух прока-чивается через тонкую трубку с размещенным в ней нагрева-телем. И трубка, и нагреватель находятся в теплоизолирую-щей оболочке – сосуде Дьюара. При этом измеряется коли-чество джоулева тепла, отдаваемого воздуху нагревателем в единицу времени:

, (1.1.3)

 

где – ток в нагревателе,

– напряжение, выдаваемое источником питания.

Также измеряются массовый расход воздуха через труб-ку и разность температур воздуха на входе и выходе сосу-да Дьюара.

Без учета тепловых потерь, связанных с теплообменом че-рез стенки калориметра, тепло, выделяемое нагревателем, полностью расходуется на нагрев газа, т.е.

 

, (1.1.4)

 

где – удельная теплоемкость воздуха.

Величина теплоемкости определяется из соотношения:

(1.1.5)

 

Данный метод измерения не учитывает тепловые поте-ри калориметра в виду их малости по сравнению с теплом, полученным воздухом.