空气定压比热容测定

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1、空气定压比热容测定空气定压比热容测定Nanjing, China本科生教学课程1.增强热物性实验研究方面的感性认识，促进理论联系实际，了解气体比热容测定的基本原理和构思。2.学习本实验中所涉及的各种参数的测量方法，掌握由实验数据计算出比热容数值和比热容关系式的方法。3.学会实验中所用各种仪表的正确使用方法。实验目的实验目的 比热容：在一定的热力过程中，单位物量的物 体温度变化1度时该物体与外界交换的热量， 称为该物体的比热容。 物量单位不同时，相对应的比热容有： 质量比热容、容积比热容和摩尔比热容。 根据过程的不同，相应的比热容有： 定压比热容和定容比热容。实验原理实验原理 在压强不变的情况下

2、，单位质量的某种物质温度升高1K所需吸收的热量，叫做该种物质的“定压比热容”，用符号Cp表示，国际制单位是：J/(kgK)。实验原理实验原理 定压比热容 气体定压比热容的定义式为 在没有对外界作功的气体定压流动过程中， ，此时气体的定压比热容可表示为实验原理实验原理 当气体在此定压过程中由温度t1被加热至t2 时， 气体在此温度范围内的平均定压比热容为 (kJ/kg) 式中，M 气体的质量流量，kg/s; Qp气体在定压流动过程中吸收的热 量，kJ/s。实验原理实验原理 根据定压比热容的定义可知，只要测出气 体的质量，测出定压过程中气体与外界交 换的热量，并测出气体吸收该热量引起的 温度变化，

3、便可由比热容的定义式计算出 气体定压过程的比热容。实验原理实验原理 大气是含有水蒸汽的湿空气。当湿空气由 温度t1被加热至t2时，其中的水蒸汽也要吸 收热量，这部分热量要根据湿空气的相对 湿度来确定。如果计算干空气的比热容， 必须从加热给湿空气的热量中扣除这部分 热量，剩余的才是干空气的吸热量。实验原理实验原理实验原理实验原理 低压气体的比热容通常用温度的多项式表示 在距室温不远的温度范围内，空气的定压比热容与温度 的关系可近似认为是线性的，即可近似的表示为 由t1加热到t2的平均定压比热容则为 此时气体的平均比热容等于平均温度t m = ( t 1 + t 2 ) / 2 时的定压比热容。

4、实验关系式 对某一气体在n个不同的平均温度tmi下测出其定压比热 容cpmi ，然后根据最小二乘法原理，确定 最后代入实验原理实验原理实验原理实验原理实验设备实验设备 实验装置整体 比热容仪本体实验设备实验设备 空气（或其它气体）由风机 经流量计送入比热容仪本体， 经加热、均流、旋流、混流、 测温后流出。气体流量由节 流阀控制，气体出口温度由 输入电加热器的电压调节。 该比热容仪可测量300以 下气体的定压比热容。 比热容仪本体实验设备实验设备 杜瓦瓶：即保温瓶。一个双层玻璃容器，两层玻璃胆壁都涂满银，然后把两层壁间的空气抽掉，形成真空。两层胆壁上的银可以防止辐射散热，真空能防止对流和传导散热

5、，因此盛在瓶里的液体，温度不易发生变化。实验设备实验设备1.按实验装置图接好电源线和测量仪表。经指导教师认可后接通电源，将选择所需的出口温度计插入混流网的凹槽中。实验步骤实验步骤2.小心取下流量计上的温度计。开动风机，调节流阀，使流量保持在预定值附近，测出流量计出口处的干球温度ta和湿球温度tw。3.将温度计放回原位。调节流量，使它保持在预定值附近。调节电压，开始加热。加热功率的大小取决于气体流量和气流进出口温度差，可依据下式进行估算 Q =K t /式中，Q为加热功率，W； t为比热容仪本体进出口温度差，； 为每流过10升空气所需要的时间, s； K为设备修正系数 。实验步骤实验步骤4.待出

6、口温度稳定后（出口温度在10分钟内无变化或有微小变化，即可视为稳定），即可采集实验数据。需采集的数据有： (1)每10升气体通过流量计时所需的时间（s）； (2)比热容仪进口温度 t 1 （）与出口温度 t 2 （）； (3)当时大气压力B （mmHg） 和流量计出口处的表压力h （mmH2O）； (4)电加热器的电压U （V） 和电流 I ( A )；5.改变电压，使出口温度改变并达到新的预定值，重复步骤4。在允许的时间内可多做几次实验。将上述实验数据填入所列的原始数据表中。实验步骤实验步骤1.切勿在无气流通过的情况下使加热器投入工作，以免引起局部过热而损坏比热容仪本体。2.输入加热器的电压

7、不得超过220伏，气体出口最高温度不得超过300。3.加热和冷却要缓慢进行，防止比热容仪本体和温度计因温度骤升或骤降而损坏。4.停止实验时，应先切断电加热器，让风机继续工作十五分钟左右。 注意事项注意事项1.计算水蒸汽的容积成分r w 根据流量计出口处空气的干球温度 t a和湿球温度 t w，在干湿球温度计上读出空气的相对湿度，再从湿空气的焓湿图上查出湿空气的含湿量d (g水蒸汽 / kg干空气)，由下式计算r w 数据处理数据处理电加热器消耗的功率可由电压和电流的乘积计算，但要考虑电流表的内耗。如电压表和电流表采用图中接法，扣除电流表的内耗。加热器加热功率为 数据处理数据处理2.计算电加热器

8、加热功率Q式中，RmA为电流表的内阻 ，。kJ/s3.计算干空气流量 数据处理数据处理 kg/s4.计算水蒸汽流量 kg/s5.计算水蒸汽吸热量 数据处理数据处理 kJ/s6.计算干空气吸热量1.用你的实验结果说明加热器的热损失对实验结果的影响怎样？2.测定湿空气的干、湿球温度时，为什么要在湿式流量计的出口处而不在大气中测量？3.在本实验装置中，如把湿式流量计连接位置改在比热容仪器的出口处，是否合理？为什么？思考题思考题空气绝热指数的测定空气绝热指数的测定Nanjing, China本科生教学课程东南大学能源与环境院1.学习测量空气绝热指数的方法。2.通过实验，培养运用热力学基本理论处理实际问

9、题的能力。3.通过实验，进一步加深对刚性容器充气、放气现象的认识。实验目的实验目的绝热过程 系统如果与外界没有热交换，这种过程称为绝热过程。在绝热过程中，dQ0。绝热指数 理想气体的压强P、体积V和温度T在准静态绝热过程中，遵守绝热过程方程： ，其中k是气体的定压比热容和定容比热容之比，通常称 为该气体的比热容比，亦称绝热指数。实验原理实验原理实验原理实验原理 本实验利用定量气体在绝热膨胀过程和定容加热过程中的变化规律来测定空气绝热指数k 。该实验过程的pv 图，如左图所示。AB为绝热过程，所以 （1）实验原理实验原理 BC为定容过程，所以。 假设A与C所处的温度相同，则 （2）将（2）式两边

10、k次方得 （3） 比较（1）、（3）两式，可得 实验原理实验原理 。将上式两边取对数，可得 测出pA、pB、pC ，代入（4）式，即可求得空气的绝热指数k 。（4）实验设备实验设备 实验设备示意图实验设备实验设备实验时，通过充气阀对刚性容器进行充气，至状态A，由U形管差压计测得状态A的表压hA(mmH2O )，选取容器内一部分气体作为研究对象，其体积为VA，压力为pA，温度为TA。充气后的等体过程（A）实验设备实验设备假设通过排气阀放气，使研究对象气体压力与大气压力相平衡，恰好此时的气体膨胀至整个容器（体积为VB），立即关闭排气阀，膨胀过程结束。因为PB 等于大气压力，由于此过程十分迅速，可忽

11、略过程的热交换，可认为由状态A 绝热膨胀至状态B 。放气时的绝热过程（AB）实验设备实验设备处于状态B的气体，其温度低于环境温度，刚性容器内的气体通过容器壁与环境交换热量，当容器内的气体温度与环境温度相等时，系统处于新的平衡状态C 。若忽略刚性容器的体积变化，此过程可认为是定容加热过程。此时容器内气体的压力可由U形差压计测得hC ( mmH2O )。放气后的等体过程（BC）实验设备实验设备放气时的绝热过程（AB）绝热膨胀充气后的等体过程（A）放气后的等体过程（BC）定容加热1.实验前，认真阅读实验指导书，了解实验原理。2.进入实验室后，参考实验指导书，对照实物熟悉实验设备。3.实验中，由于对装

12、置的气密性要求较高，因此，实验开始时，首先应检查装置的气密性。实验步骤实验步骤实验步骤实验步骤 检查装置气密性 通过充气阀对刚性容器充气至状态A，使hA = 200 ( mmH2O )左右，过几分钟后观察水柱的变化，若不变化，说明气密性满足要求；若有变化，则说明装置漏气。此步骤一定要认真，否则，将给实验结果带来较大的误差，同时读出hA的值。4.右手转动排气阀，在气流流出的声音“拍”消失的同时关上排气阀（此时，恰到好处，实验操作者在实验正式开始前要多练习几次）。5.待U型管差压计的读数稳定后，读出hC（大约需5分钟左右的时间）。6.重复上述步骤，多做几遍，将实验中采集的数据填在实验数据表格中，并

13、求k值。实验步骤实验步骤简化计算公式 设U型管差压计的封液（水）的重度为= 9.81103 （N/m3），实验时大气压力则为pa103（mmH2O）。则pA= pa + hA，pB = pa，pC = pa + hC。将其代入（4）式数据处理数据处理（5）数据处理数据处理实验中由于刚性容器的限制，一般取hA 200（mmH2O），且 ，因此有 ，hA/pa 远小于1，(hA-hC)/(pa+hA)远小于1 。按照近似的方法，（5）式可简化室 温ta 大气压力pa mmHg湿 度 %。 数据记录数据记录序号hA (mmH2O)hC (mmH2O)hA - hCk=hA/(hA-hC)12345678910ki/101.漏气对实验结果有何影响？2.实验中，充气压力选得过大或过小，对实验结果有何影响？3.空气的湿度对实验结果有何影响？4.在定容加热过程中，如何确定容器内的气体温度回到了初温？5.若实验中，转动排气阀的速度较慢，这将对实验结果产生何种影响？6.本实验所选定的热力系对刚性容器而言是开口变质量热力系，请按开口系统导出（4）式。 思考题思考题Thank you！The end44 以上有不当之处，请大家给与批评指正，以上有不当之处，请大家给与批评指正，谢谢大家！谢谢大家！