Материал: Методика
а |
б |
Рис. 2. Схема экспериментальной установки (а) и ее приборная панель (б):
1, 2 – термопары; 3 – трубка калориметра; 4 – сосуд Дьюара; 5 – нагреватель; 6 – компрессор; 7 – регулятор производительности компрессора; 8 – ротаметр; 9 – поплавок ротаметра; 10 – приборная панель экспериментальной установки; 11 – измеритель температур; 12 – клавиши для измерения температуры воздуха; 13 – тумблер включения измерителя температуры воздуха; 14 – тумблер включения лабораторного трансформатора 15; 16 – переключатель для измерения напряжений Uн и Uо; 17 – мультиметр; 18, 19 – рукоятки соответственно «грубой» и «тонкой» настройки напряжения; 20 – провода; 21 – клавиша «Сеть»; 22 – тумблер включения компрессора; 23 – прибор для измерения давления и температуры воздуха в лаборатории
Температура воздуха в точках 1 и 2 трубки 3 измеряется с помощью хромель-копелевых термопар, подключенных к прибору 11 марки 2ТРМ0 на панели 10 с помощью клавиш 12. Температура воздуха отображается на экране прибора 11 в градусах шкалы Цельсия.
16
17
Рис. 3. Тарировочный график для определения расхода воздуха через ротаметр
Поверхность трубки 3 должна быть теплоизолирована во избежание теплового взаимодействия воздуха в трубке 3 с окружающей средой. Это значит, что теплота, выделяемая электрическим нагревателем 5 при прохождении по нему тока, должна по возможности полностью передаваться воздуху в трубке 3 воз-
духу, не попадая в окружающую среду. Кроме того, проходящий по трубке 3 воздух не должен нагреваться теплотой окружающей среды. Эти условия соблюдаются, поскольку трубка 3 за-
ключена в сосуд Дьюара 4.
2.2.Проведение лабораторной работы
1)Экспериментальная установка приводится в рабочее состояние, для чего снимаются верхняя металлическая крышка, а также одна или две боковые стеклянные стенки. Это делает лаборант.
2)Мультиметр 17 подсоединяется к лабораторному трансформатору 15 с помощью проводов 20 (рис. 2б).
3)На экспериментальную установку подается напряжение от электрической сети нажатием клавиши 21 («Сеть»).
4)С помощью тумблера 22 запускается компрессор 6, производительность которого можно изменять регулятором 7 (рис. 2а).
5)С помощью тумблера 14 напряжение от электрической сети подается на лабораторный трансформатор 15. Нужное напряжение, отображаемое на экране этого трансформатора, устанавливается рукоятками 18 («Грубо») и 19 («Точно»). Более точно это напряжение измеряется мультиметром 17 марки 2ТРМ (рис. 2б).
Регулируя мощность нагревателя 5 с помощью лабораторного
трансформатора 15, воздух нагревают в калориметре до 20 25 градусов. При этом надо следить, чтобы температура воздуха на выходе из калориметра не превышала 70 °С во избежание его
разрушения!
18
При верхнем положении тумблера 16 измеряется напряжение Uн на нагревателе 5, а при нижнем − на образцовом сопротивлении Uо, которое входит в электрическую схему экспериментальной установки (на рис. 2 образцовое сопротивление не показано): его сопротивление Ro 0,1 Oм.
6)Измерения начинаются с момента установления стационарного теплового режима работы установки. Момент наступления такого режима определяется по температуре воздуха в сечении 2: эта температура не должна изменяться во времени.
Стационарный тепловой режим работы установки достигается, во-первых, при постоянном расходе воздуха через калориметр (если необходимо, этот расход, как уже отмечено, можно изменять регулятором 7) и, во-вторых, при постоянной мощности нагревателя (если необходимо, эту мощность можно изменять лабораторным трансформатором 15).
7)Результаты измерения показателей работы экспериментальной установки заносятся в табл. 1.
Таблица 1
Значения показателей работы экспериментальной установки по определению изобарной теплоемкости воздуха
Атмосферное давление воздуха − pа = _______ мм рт. ст. Температура воздуха на входе в калориметр − tа = _______ оС
|
|
|
Номер опыта |
|
Средне-aриф- |
|||
Показатели |
Размер- |
|
|
|
|
|
метическое |
|
|
|
|
|
|
||||
ность |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
значение |
||
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
показателя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И з м е р я е м ы е п о к а з а т е л и |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура воз- |
|
|
|
|
|
|
|
|
духа на входе в |
°С |
|
|
|
|
|
|
|
калориметр t1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура воз- |
|
|
|
|
|
|
|
|
духа на выходе из |
°С |
|
|
|
|
|
|
|
калориметра t2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19
|
|
|
|
|
|
|
Окончание табл. 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер опыта |
|
|
Средне-aриф- |
||
Показатели |
Размер- |
|
|
|
|
|
|
метическое |
|
|
|
|
|
|
|||
ность |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
значение |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
показателя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Напряжение на |
В |
|
|
|
|
|
|
|
нагревателе Uн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Напряжение на об- |
|
|
|
|
|
|
|
|
разцовом сопро- |
В |
|
|
|
|
|
|
|
тивлении Uо |
|
|
|
|
|
|
|
|
Объемный расход |
деления |
|
|
|
|
|
|
|
воздуха по рота- |
|
|
|
|
|
|
|
|
шкалы |
|
|
|
|
|
|
|
|
метру Vд.ш |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н е к о т о р ы е р а с ч е т н ы е п о к а з а т е л и |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Объемный расход |
|
|
|
|
|
|
|
|
воздуха по рота- |
дм3/мин |
|
|
|
|
|
|
|
метру Vт.г |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ток в нагревате- |
|
|
|
|
|
|
|
|
ле Iн: |
а |
|
|
|
|
|
|
|
Iн = (Uо / Rо) = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= (Uо / 0,1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Мощность нагре- |
|
|
|
|
|
|
|
|
вателя Nэ.н: |
Вт |
|
|
|
|
|
|
|
Nэ.н = Uн∙Iн |
|
|
|
|
|
|
|
|
Для более точного определения показателей работы установки каждый из них измеряется несколько раз, причем, исходя из теории вероятностей, эксперимент проводится нечетное число раз.
В данном случае показания всех приборов фиксируются пять раз с интервалом в 3 минуты. Затем определяется среднеарифметическое значение каждого в течение всего эксперимента.
2.3. Последовательность обработки экспериментальных данных
Как отмечено в 2.2, измеряемые и некоторые расчетные по-
казатели работы экспериментальной установки, заносятся в табл. 1. В этой таблице приводится также напряжение на образ-
20