单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,空气定压比热容测定,Nanjing,China,本科生教学课程,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。,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。,学会实验中所用各种仪表的正确使用方法。,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,在压强不变的情况下，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,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,当气体在此定压过程中由温度,t,1,被加热至,t,2,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;,Q,p,气体在定压流动过程中吸收的热,量，,kJ/s,。,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,，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,大气是含有水蒸汽的湿空气,。当,湿空气,由,温度,t,1,被加热至,t,2,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,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,t,1,加热到,t,2,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。,实验关系式,对某一气体在,n,个不同的平均温度,t,mi,下测出其定压比热,容,c,pmi,，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,实验设备,实验装置整体,比热容仪本体,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,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，因此盛在瓶里的液体，温度不易发生变化。,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,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,t,a,和湿球温度,t,w,。,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,4.,待出口温度稳定后（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,（,mmH,2,O,）；,(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,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。,输入加热器的电压不得超过,220,伏，气体出口最高温度不得超过,300,。,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。,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,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,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,2.,计算电加热器加热功率,Q,式中，,R,mA,为电流表的内阻,，,。,kJ/s,3.,计算干空气流量,数据处理,kg/s,4.,计算水蒸汽流量,kg/s,5.,计算水蒸汽吸热量,数据处理,kJ/s,6.,计算干空气吸热量,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？,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？,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,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,学习测量空气绝热指数的方法。,通过实验，培养运用热力学基本理论处理实际问题的能力。,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,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，,dQ,0,。,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,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,p,v,图，如左图所示。,AB,为,绝热,过程，所以,（,1,）,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,k,次方得,（,3,）,比较（,1,）、（,3,）两式，可得,实验原理,。,将上式两边取对数，可得,测出,p,A,、,p,B,、,p,C,，代入（,4,）式，即可求得空气的绝热指数,k,。,（,4,）,实验设备,实验设备示意图,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,h,A,(mmH,2,O),，,选取容器内一部分气体作为研究对象，其体积为,V,A,，压力为,p,A,，温度为,T,A,。,充气后的等体过程（,A,）,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,V,B,），立即关闭排气阀，膨胀过程结束。,因为,P,B,等于大气压力，由于此过程十分迅速，可忽略过程的热交换，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,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,h,C,(mmH,2,O),。,放气后的等体过程（,BC,）,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,实验前，认真阅读实验指导书，了解实验原理。,进入实验室后，参考实验指导书，对照实物熟悉实验设备。,实验中，由于对装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,检查装置气密性,通过充气阀对刚性容器充气至状态,A,，使,h,A,=200(mmH,2,O),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,h,A,的值。,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）。,待,U,型管差压计的读数稳定后，读出,h,C,（大约需,5,分钟左右的时间）。,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，并求,k,值。,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,=9.8110,3,（,N/m,3,），实验时大气压力则为,p,a,10,3,（,mmH,2,O,）。则,p,A,=,p,a,+,h,A,，,p,B,=,p,a,，,p,C,=,p,a,+,h,C,。将其代入（,4,）式,数据处理,（,5,）,数据处理,实验中由于刚性容器的限制，一般取,h,A,200,（,mmH,2,O,），且,，因此有,，,h,A,/p,a,远小于,1,，,(,h,A,-,h,C,)/(p,a,+,h,A,),远小于,1,。,按照近似的方法，（,5,）式可简化,室,温,t,a,大气压力,p,a,mmHg,湿,度,%,。,数据记录,序号,h,A,(mmH,2,O),h,C,(mmH,2,O),h,A,-,h,C,k,=,h,A,/(,h,A,-,h,C,),1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,k,i,/10,漏气对实验结果有何影响？,实验中，充气压力选得过大或过小，对实验结果有何影响？,空气的湿度对实验结果有何影响？,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？,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？,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,Thank you,！,The end,