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测量空气的定压比热,制 作: 王宪军 指导老师: 王晓云,实验目的,了解气体比热测定装置的基本原理和构思。 熟悉本实验中测温、测压、测热、测流量的方法。 掌握由基本数据计算出比热值和比热公式的方法。 分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。,实验原理 引用热力学第一定律解析式,对可逆过程有:,和,定压时:,此式直接由,的定义导出,故适用于一切工质。,在没有对外界作功的气体的等压流动过程中:,则气体的定压比热容可以表示为:,kJ/kg,气体的质量流量,kg/s;,由于气体的实际定压比热是随温度的升高而增大,它是温度的复杂函数。实验表明,理想气体的比热与温度之间的函数关系甚为复杂,但总可表达为:,气体在等压流动过程中的吸热量,kJ/s。,式中:,式中a、b、e等是与气体性质有关的常数。在离开室温不很远的温度范围内,空气的定压比热容与温度的关系可近似认为是线形的,假定在0-300之间,空气真实定压比热与温度之间进似地有线性关系:,则温度由,至,的过程中所需要的热量可表示为:,由,加热到,的平均定压比热容则可表示为:,若以(t1+t2)/2为横坐标,,为纵坐标(,如下图所示),则可根据不同温度范围的平均比热 确定截距a和斜率b,从而得出比热随温度变化的计算,式,大气是含有水蒸气的湿空气。当湿空气气流由温度,加热到,时,其中水蒸气的吸热量可用式,下式计算:,式中:,气流中水蒸气质量,kg/s。,则干空气的平均定压比热容由下式确定:,式中:,为湿空气气流的吸热量。,实验设备,1整个实验装置由风机,流量计,比热仪本体,电功率调节及测量系统共四部分组成,如图一所示。,2比热仪本体如图二所示。由内壁镀银的多层杜瓦瓶2、进口温度计1和出口温度计8(铂电阻温度计或精度较高的水银温度计)电加热器3和均流网4,绝缘垫5,旋流片6和混流网7组成。气体自进口管引入,进口温度计1测量其初始温度,离开电加热器的气体经均流网4均流均温,出口温度计8测量加热终了温度,后被引出。该比热仪可测300以下气体的定压比热。,图 二,实验方法及数据处理,1接通电源及测量仪表,选择所需的出口温 度计插入混流网的凹槽中。 2摘下流量计上的温度计,开动风机,调节节流阀,使流量保持在额定值附近。测出流量计出口空气的干球温度(t0)和湿球温度(tw)。3将温度计插回流量计,调节流量,使它保持在额定值附近。逐渐提高电压,使出口温度升高至预计温度可以根据下式预先估计所需电功率:W12t/。式中W为电功率(瓦);t为进出口温度差();为每流过10升空气所需时间(秒)。 4待出口温度稳定后(出口温度在10分钟之内无变化或有微小起伏,即可视为稳定),读出下列数据:每10升气体通过流量计所需时间(,秒);比热仪进口温度(t1, )和出口温度(t2, );当时大气压,6电热器消耗的功率可由电压和电流的乘积计算,但要考虑电表的内耗。如果伏特表和毫安表采用图一所示的接法,则应扣除毫安表的内耗。设毫安表的内阻为RmA欧,则可得电热器单位时间放出的热量为.,7水蒸气和干空气质量流量的计算,可按理想气体处理。,力(B,毫米汞柱)和流量计出口处的表压(h,毫米水柱);电热器的电压(V,伏)和电流(I,毫安)。 5据流量计出口空气的干球温度和湿球温度,从湿空气的焓湿图查出含湿量(d,克/公斤 干空气),并计算出水蒸汽的容积成分.,注意事项,1切勿在无空气流通过的情况下使用电加热器工作,以免引起局部过热而损坏比热仪。 2电加热器输入电压不得超过220V,气体出口温度不得超过300。 3加热和冷却缓慢进行,以防止温度计和比热仪本体因温度骤升骤降而破损;加热时要先启动风机,再缓慢提高加热器功率,停止试验时应先切断电加热器电源,让风机继续运行10至20分钟。 4实验测定时,必须确信气流和测定仪的温度状况稳定后才能读数。,实验报告,1简述实验原理和仪器构成原理。 2列表给出所有原始数据记录。 3列表给出实验结果(数据处理,要附有例证)。 4与下述经验方程比较,其中:T为空气的绝对温度,K。,思考题,1在本实验中,如何实现绝热? 2气体被加热后,要经过均流、旋流和混流后才测量气体的出口温度,为什么?简述均流网、旋流片和混流网的作用? 3尽管在本实验装置中采用了良好的绝热措施,但散热是不可避免的。不难理解,在这套装置中散热主要是由于杜瓦瓶与环境的辐射造成的。你能否提供一种实验方法(仍利用现有设备)来消除散热给实验带来的误差?,放映结束,
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