LABORATORIUM TECHNIKI CIEPLNEJ INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

Transkrypt

1 INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ INSTRUKCJA LABORATORYJNA Temat ćwenia: WYZNACZANIE WYKŁADNIKA IZENTROPY κ DLA POWIETRZA

2 Wyznazanie wykłnika entroy k dla owietrza. WSTĘP Stosunek ieła właśiwego rzy stałym iśnieniu do ieła właśiwego rzy stałej objętośi oznaza się greką literą κ: ( M ) κ. () ( M ) Ma on istotne znazenie rzy baniu i analie teoretyznej dotyząej gazów. W rzyku gazów doskonałyh lba ta ma wartość stałą i wystęuje w równaniu POISSONa oisująego rzemianę entroową gazu doskonałego: Dla gazów doskonałyh: jednoatomowyh κ.666 (.67), dwuatomowyh κ.400, więej niż dwuatomowyh κ.333. κ idem. () Jedną z szeroko stosowanyh metod omiaru lby κ jest metoda oarta na omiarze rędkośi dźwięku. Łatwiejszą i bardziej bezośrednią metodą omiaru κ jest metoda Clementa-Desormesa, którą wykorzystuje się w tym ćweniu do omiaru κ owietrza atmosferyznego.. OPIS METODY POMIAROWEJ Stanowisko bawze (rys.) służąe do omiaru wykłnika entroy κ metodą Celmenta-Desormesa skła się z trzeh zasnyh elementów: zbiornika o objętośi kilkudziesięiu litrów, srężarki służąej do wtłazania owietrza do zbiornika, manometru do omiaru niśnienia owietrza w zbiorniku. 4 5 Rys. Shemat stanowiska omiarowego 6 3 zbiornik, srężarka, 3 manometr iezowy, 4 zawór łąząy zbiornik z otozeniem, 5 zawór odinająy, 6 zbiornik komensayjny iezy manometryznej Instrukja laboratoryjna

3 Wyznazanie wykłnika entroy k dla owietrza 3 W zasie omiaru do zbiornika wtłaza się bany gaz z niewielkim niśnieniem ozątkowym m (h 00 mmh O). Po osiągnięiu warunków równowagi (w wyniku srężenia gazu jego temeratura będzie wyższa od temeratury owietrza w otozeniu) ustali się ozątkowe niśnienie m (h omierzone na tzw. U-rure). Otwiera się wtedy zawór znajdująy się na rzewodzie łąząym zbiornik z otozeniem i zamyka się go o wyrównaniu się iśnienia w zbiorniku z iśnieniem otozenia (o około -.5 s). Ponieważ zjawiska rzeływu ieła są zjawiskami stosunkowo wolnymi można rzyjąć, że rozrężanie gazu odbywało się iatermnie (iabatyznie). W zasie tego roesu temeratura gazu w zbiorniku sła oniżej temeratury otozenia. Po ewnym zasie ieło z otozenia dołynie do gazu w zbiorniku, który znów osiągnie temeraturę otozenia. W wyniku ogrzania gazu rzy stałej objętośi jego iśnienie wzrośnie do ewnej wartośi (niższej od wartośi ozątkowej) tak, że niśnienie wyniesie m (h ). T ot idem h sidem idem s h Rys. Zmiany arametrów gazu w zasie rzemian Na wykresie - rozrężanie gazu zahodzi w zasie rzemiany -s (rozrężanie entroowe, iabatyzne), zaś srężanie ohoryznie od s do. Ponieważ unkty i leżą na otermie T ot, wię można rzyjąć, że stan gazu mógłby zostać osiągnięty na drodze otermnego (T ot idem) rozrężania. Sek iśnienia w zasie iabatyznego rozrężania: γ. (3) s m h Gdyby rozrężanie zahodziło otermnie, to: ( h ) γ. (4) m m h Instrukja laboratoryjna

4 Wyznazanie wykłnika entroy k dla owietrza 4 Tak wię: γ. (5) m h ( h ) γ. (6) m m h Wielkośi tyh sków iśnienia można wyznazyć na drodze rozważań teoretyznyh. iabata (iaterma) s idem κ idem ln + κ ln ln d d + κ 0 d d κ Jeżeli jest niewielkie, to: κ Dzielą (7) rzez (8) otrzymuje się: (7) oterma T idem idem ln + ln ln d d + 0 d d (8) κ. (9) Po wrowzeniu (5) i (6) do wzoru (9) otrzymuje się ostateznie: m κ. (0) m m h h h Do wyznazenia κ otrzeba wię omierzyć ozątkowe siętrzenie słua iezy h oraz końowe h (o ohoryznym siętrzeniu). Wyrażenie (0) swą ostać zawdzięza uroszzeniom ozynionym rzy zyskaniu zależnośi (7) i (8). Można wykazać, że dokłny wzór na oblenie k ma ostać: gdzie: ln ot κ, () ln ot + h γ ot + hγ Zatem do zastosowania wzoru () koniezna jest także znajomość iśnienia otozenia. Przy omiarah na ćweniah laboratoryjnyh wystarzy stosować roste wyrażenie (0) do oblenia κ. Instrukja laboratoryjna

5 Wyznazanie wykłnika entroy k dla owietrza 5 3. PRZEBIEG ĆWICZENIA Otworzyć zawór 5 łąząy zbiornik ze srężarką. Srężyć owietrze do niśnienia h wynosząego około 00 mmh O. Zamknąć zawór 5. Odzekać aż temeratura gazu w zbiorniku osiągnie temeraturę otozenia (w wyniku srężania temeratura wzrasta). W odstęah zasu zanyh rzez rowząego należy odzytywać aktualną wartość siętrzenia słua wody, aż do ustalenia się go na stałym oziomie odzytać wartość niśnienia h. Otworzyć zawór 4 i wyuśić owietrze do otozenia, aby iśnienie w zbiorniku osiągnęło oziom iśnienia otozenia i o około -.5 s zamknąć zawór. W odstęah zasu zanyh rzez rowząego należy odzytywać aktualną wartość siętrzenia słua wody ozekują na ustalenie się niśnienia h. Oblyć wartość κ korzystają ze wzoru (0). Pierwszą serię omiarową wykonuje się wraz z rowząym ćwenie. Jeden omiar trwa około 0 minut. W zasie ćweń należy wykonać 4-6 serii omiarowyh rowzą kartę omiarową. Uwagi dotyząe rzerowzania omiaru: - omiar wykorzystuje tzw. słabe efekty i należy go realować bardzo starannie (omieszzenie laboratoryjne owinno osiać stałą temeraturę i iśnienie), - zbiornik z gazem nie owinien być ogrzewany ani hłodzony w sosób sztuzny, n. rzez intensywne romienie słonezne, dotyk ręką it.), - rozrężanie gazu owinno nastęować aż do osiągnięia w zbiorniku iśnienia otozenia, jednakże zawór nie owinien być otwierany na dłużej niż -.5 s. 4. SPRAWOZDANIE Srawozdanie owinno zawierać:. krótki ois omiaru κ dla owietrza metodą Clementa-Desormesa,. shemat stanowiska bawzego, 3. uwagi dotyząe rzebiegu ćwenia, 4. zestawienie wyników omiarów, 5. zestawienie wyników obleń wykłnika entroy, 6. oblenia błędu omiarów κ metodą testu t-studenta, 7. omówienie wyników omiarów i obleń. LITERATURA [] Elwell D., Pointon A.J.: Termodynamika klasyzna, WNT, Warszawa 976. [] Dryński T.: Ćwenia laboratoryjne z fyki, PWN, Warszawa 976. [3] Ohęduszko S.: Termodynamika stosowana, WNT, Warszawa 967. Instrukja zaktualowana Instrukja laboratoryjna