Определение удельной теплоемкости воздуха при постоянном давлении

Описание установки: На передней панели модуля расположены крепежный винт 1, табличка с названием работы 2, водяной U-манометр с измерительной линейкой 3, гнезда 4 и 5 для подключения источника питания и мультиметра (вольтметра), трехгрупповой переключатель 6 для последовательного подключения мультиметра (вольтметра) к термопаре, балластному сопротивлению и нагревателю, клапан 7 для подачи воздуха в установку. На модуле, входящем в модификацию 1 дополнительно расположен штуцер 8 пневмопровода.

Воздух прокачивается компрессором через трубку 9 (Рис.2), размещенную в теплоизолирующей оболочке (сосуде Дьюара) 13. Измерение массового расхода воздуха производится по перепаду давления на капилляре 12, который вместе с трубкой 9 образует единую проточную магистраль. Протекая через трубку 9, воздух нагревается электрической спиралью 10. Разность температур воздуха на входе и выходе сосуда Дьюара измеряется дифференциальной термопарой 11. Электрический нагреватель 10 питается постоянным током от блока питания приборного модуля №10, подключенного к клеммам 4 модуля №1 (Рис. 1). Для определения значения электрического тока в нагревателе последовательно с ним включено балластное сопротивление R₀. Термо-э.д.с. термопары, напряжение на балластном сопротивлении и напряжение на нагревателе измеряется мультиметром (вольтметром) приборного модуля, подключенным с помощью соединительных проводов к клеммам 5 кнопочного переключателя 6. Массовый расход воздуха в сосуде Дьюара измеряется с помощью водяного U-манометра по перепаду давления на капилляре.

В работе определяется количество тепла, отдаваемое нагревателем воздуха в единицу времени DQ = I_HU_H, массовый расход воздуха m, разность температур воздуха DТ на входе и выходе сосуда Дьюара. Теплоемкость воздуха определяется из соотношения

(1)

где:

- ток в нагревателе, А;

U₀ - напряжение на балластном сопротивлении, В;

R₀ - номинальное значение балластного сопротивления, Ом;

m - массовый расход воздуха, кг ∙ с^-1.

 

Порядок выполнения работы.

 

1.Соединить источник питания приборного модуля с помощью проводов с гнездами 4 нагревателя модуля № 1.

2. Соединить мультиметр (вольтметр) приборного модуля с помощью проводов с гнездами 5 кнопочного переключателя объектов измерений модуля № 1.

3. В модификации 1 соединить штуцер 8 пневмопровода модуля № 1 со штуцером компрессора приборного модуля с помощью резинового шланга.

4. Включить электропитание приборного модуля, компрессор источник питания, мультиметр (вольтметр). Установить предел измерения напряжений мультиметра (вольтметра) 20 В.

5. Убедиться в том, что на выходе источника питание отсутствует напряжение. При этом регулятор напряжения необходимо повернуть против часовой стрелки до упора.

6. Нажать кнопку R_H кнопочного переключателя модуля N 1 для измерения напряжения на нагревателе.

7. Регулятором напряжения источника питания установить первое из заданных значений напряжения на нагревателе: U_H1=2В, U_H2=4В, U_H3=6В. U_H4= 8 В, U_H5=10В.

Произвести отсчет и записать измеренное значение в таблицу 5.

8. Нажать кнопку 7 клапана пневмопровода для подачи воздуха в сосуд Дьюара и удерживать ее до окончания операций, указанных в пунктах 9, 10.

9. Нажать кнопку " < " переключателя модуля № 1, переключить предел измерения мультиметра (вольтметра) на 200 mВ.

10. Наблюдать за показаниями мультиметра (вольтметра), измеряющего термо-э.д.с. термопары, до тех пор пока прибор не будет регистрировать постоянное во времени значение термо-э.д.с. (примерно через 3 - 5 минут после открытия клапана пневмопровода). Произвести отсчет и записать измеренное значение в таблицу 5.

11. Нажать кнопку R6 кнопочного переключателя модуля № 1 и произвести отсчет напряжения на балластном сопротивлении. Результат записать в таблицу 5.

12. Произвести отсчет разности уровней жидкости в U-манометре и определить перепад давлений на концах капилляра по формуле:

DP=rgh (2)

где:

r - плотность жидкости, 1000 кг ∙ м^-3,

h - перепад уровней, м.

13. Определить расход воздуха в установке, используя соотношение Пуазейля

(3)

 

где:

r₀ - радиус капилляра, м;

l - длина капилляра, м;

h - коэффициент внутреннего трения воздуха при данной температуре. Па

ρ _в – плотность воздуха, 1.2 кг/м³.

14. Пункты 6…12. повторить для следующих четырех значений напряжения на нагревателе (п. 7).

 

Данные установки и таблица результатов измерений.

Радиус капилляра r₀ = 0.5 мм;

Длина капилляра l = 37 мм;

Балластное сопротивление R₀ = 0.1 Ом

Коэффициент внутреннего трения воздуха (20^оС) h = 1.812*10^-5 кг*м^-1с^-1

 

Таблица 5

№ п/п	Un, B	UR, mB	h, м	∆ ε, mB	Q, Дж/с	∆ T, K
1.
2.
…