Soojustehnika labor nr. 4 (1)

Tallinna Tehnikaülikool
Soojustehnika instituut
Praktilised tööd aines Soojustehnika
Töö nr 4
ÕHU ISOBAARSE ERISOOJUSE MÄÄRAMINE
Üliõpilane
Siim Rätsep
Oliver Nuut
Kood
09
093632
Rühm
MATB-52
Õppejõud Heli Lootus
Töö tehtud
Esitatud
Arvestatud
Joonis 1.1 Õhu erisoojuse määramise seadme skeem:
1 – ventilaator ; 2 – gaasikulumõõtur; 3 – manomeeter ; 4 – termomeeter ; 5 – kalorimeeter ; 6 – klaasümbris; 7 – küttekeha;
8 – termopaarid; 9 – millivoltmeeter; 10 – vattmeeter; 11 – autotrafo
Töö eesmärk
Õhu keskmise isobaarse erisoojuse määramine kindla temperatuurivahemiku kohta kalorimeetermeetotiga
Tööks vajalikud vahendid

Kõrgrõhuventilaator

Läbivoolukalorimeeter

Manomeeter

Gaasikuluarvesti

Vask-konstantaantermopaarid (nende gradueerimistabelid)

Millivoltmeeter

Vattmeeter

Elavhõbetermomeeter

Autotrafo

Ajamõõtur ( stopper )
Töö käik
Käivitatakse ventilaator ja lülitatakse sisse kalorimeetri küte võimsusega 5W ja ka 10W. Küte reguleeritakse nii, et õhu temperatuuri tõus kalorimeetris oleks umbes 5 kraadi. Mõne ajapärast saabub kalorimeetris termiline tasakaal ja õhukulu jääb püsivaks. Kirjutatakse üles kuluarvesti algnäit, sellest hetkest algab ka katse. Iga minuti järel kirutatakse tabelisse

• Küttevõimsus Pw
  
• Õhu rõhk kalorimeetris p1
  
• Õhu temperatuur kalorimeetrist väljumisel t2 ja temperatuuri tõus kalorimeetris ∆t
  

Katse kestvus on 10 minutit, mille jooksul tehakse 6 mõõtmiste lugemit. Katse lõppeb kuluarvesti näidu ja katse kestuse üheagse registreerimisega. Katset korratakse 2 korda erineva küttevoolu võimsusega, mille tõttu on temperatuuri tõus kalorimeetris iga kord erinev.
Katseandmete töötlemine
B – õhurõhk teisendatuna paskalitek
B= = 100333,33 Pa
- õhurõhk kalorimeetris teisendatuna paskaliteks
1) P1 = = 1020 Pa
2) P1 = = 995,4 Pa
- töörõhk kalorimeetris Pa
Pt = B(Pa) + p1(Pa)
1) Pt = 100333 + 1020 = 101353 Pa
2) Pt = 100333 + 995,5 = 101328,5 Pa
Erisoojuse leidmine keskväärtuses
1)Q1 = 5 * 600 * 10-3 = 3 kJ
2)Q2 = 10* 600 * 10-3 = 6 kJ
∆t- temperatuuride vahe millivoltmeetritest kraadideks
1)∆t(C◦) = = = 4,1◦C
2) )∆t(C◦) = = = 7,81◦C
Õhu temperatuur sisenemisel kalorimeetrisse
1) t1 = t2-∆t
1) t1 = 28,2 - 4,1 = 24,7◦C 1) Tt = t1 + 273,15 = 24,7 + 273,15 = 297,85 K
2) t1 = 34 - 7,81 = 26,19◦C 2) Tt = 26,19 + 273,15 = 299,34 K
Õhukulu normaaltingimustel
V0 = 0,270 * 10-2-
1)V0 = 0,270 * 10-2 = 0,391 m3
2) V0 = 0,270 * 10-2 = 0,385 m3
Määratav erisoojus
1)C’pm = 1,87
2) C’pm = 1,998
Keskmine isobaarne masserisoojus
Õhu tihedus normaaltingimustel ρ0 = µ / 22,4
õhu moolmass µ = 28,93
1) cpm = c`pm /ρ0 = (1,87*22,4)/28,93 = 1,45
2) cpm = c`pm/ρ0 = (1,998*22,4)/28,93 = 1,55
Seos isohoorse ja isobaarse erisoojuse vahel (Mayeri võrrandist) -õhu gaasikonstant µ * R = 8314, R = 8314/28,93 = 287,38 = 0,287 ; R=0,372
Cvm = cpm-R
1) Cvm = 1,45-0,287 = 1,163
2) Cvm = 1,55-0,287 = 1,213
1) C’vm = c’pm-R = 1,87 - 0,372 = 1,498
2) C’vm = c’pm-R = 1,998 - 0,372 = 1,626
1) k = cpm/cvm = 1,45/1,163 = 1,25
2) k = cpm/cvm = 1,55/1,213 = 1,28
Õhu keskmine isobaarne erisoojus tabeli järgi
C’pm = 1,297
Tabel 1.1
Katse
lugem
PW
W
P1
mmH2O
B
mmHg
P1
Pa
∆t
mV
∆t
◦C
T2
◦C
Gaasiarvesti
näit
1
1
5
107
752,5
101382
0,168
4,1
28
Katse algul
5,490m3
2
5
104
752,5
101353
0,171
4,17
28
3
5
105
752,5
101363
0,167
4,07
28,2
4
5
104
752,5
101353
0,168
4,1
28,3
Katse lõpul
5,916m3
5
5
103
752,5
101343
0,168
4,1
28,3
6
5
103
752,5
101343
0,165
4,02
28,4
Kesk.
5
104
752,5
101356
0,168
4,1
28,2
vahe
0,426 m3
Katse
lugem
PW
W
P1
mmH2O
B
mmHg
P1
Pa
∆t
mV
∆t
◦C
T2
◦C
Gaasiarvesti
näit
2
1
10
103
752,5
101343
0,314
7,66
34
Katse algul
6,370m3
2
10
101
752,5
101324
0,317
7,73
34
3
10
101
752,5
101324
0,320
7,81
34
4
10
103
752,5
101343
0,321
7,83
34
Katse lõpul
6,791m3
5
10
101
752,5
101324
0,323
7,88
34,1
6
10
100
752,5
101314
0,323
7,88
34,1
Kesk.
10
101,5
752,5
101329
0,320
7,8
34
vahe
0,421 m3
Järeldus
Katseandmete töötlusega võib rahule jääda. 5 vatise soojendamisvõimsuse korral tuli õhu keskmine isobaarne erisoojus sarnasem tabeli omaga . 10 vatise võimsuse korral tekkis mõningane ebakõla, mis oli ilmselt tingitud eksimustest. Katseandmete ja tulemuste ebatäpsused tekkisid ilmselt rõhkude p1, B, katse kestuse ning gaasi kulu mõõtmisel
Kontrollküsimused
1. selgita, mispärast cp > cv (cpm > cvm) ( isobaarne on suurem isohoorsest)
2. milliste gaaside erisoojus ei sõltu temperatuurist?
3. Tõestada, et keskmine erisoojus t1 ja t2 vahel (näiteks cpm| t2t1) ei võrdiu erisoojuste cpm2 ja cpm1 aritmeetilise keskmisega, st tõestada et cpm2 + cpm1/ 2 ≠ cpm| t2t1
4. kuidas leida keskmise erisoojus mingile temperatuurivahemikule t1-t2 vastava gaasi keskmise erisoojuse interpolatsioonivalemi abil?
Cm=a+b*(t1+t2/2)=a+b/2*(t1+t2) (ei tea kas õige)
5. millise gaasi korral on vaja arvestada erisoojuse sõltuvust ka rõhust?