TERMO_L3.pdf
of 5
Transcript of TERMO_L3.pdf
-
8/17/2019 TERMO_L3.pdf
1/5
3-1
LUCRAREA NR. 3
DETERMINAREA EXPERIMENTALĂ A
EXPONENTULUI ADIABATIC
I SCOPUL LUCRĂRII
A. Înţelegerea legăturii dintre exponentul adiabatic şi diferenţele de presiune.
B. Măsurarea depresiunilor create în balon.
C.
Calcularea exponentului adiabatic cu ajutorul datelor măsurate şi determinarea valoriimedii a acestuia.
D.
Compararea valorii medii obţinute cu valoarea cunoscută a exponentului adiabatic şitragerea unor concluzii.
II ECHIPAMENT NECESAR
A. Manometru diferenţial tub U cu coloană de apă.
B. Pompă pentru extragerea aer ului din balon.
C. Balon de sticlă cu racorduri şi robinet.
III PRINCIPIUL LUCRĂRII
Exponentul adiabatic al unui gaz (k) este raportul dintre capacităţile calorice masice, la presiune constantă şi la volum constant:
][c
ck
v
p−= (3.1)
Este o mărime caracteristică fiecărui gaz şi se găseşte în formă tabelată în literatura despecialitate. Determinarea cu exactitate a acestui coeficient impune efectuarea unor încercări delaborator, cunoaşterea exponentului adiabatic fiind importantă deoarece pe baza lui se poatecalcula capacitatea calorică masică la volum constant, greu de determinat experimental.
Principiul de determinare a exponentului adiabatic constă în realizarea unei succesiuni detransformări de stare reversibile ale unui aceluiaşi gaz, pe baza cărora să se poată exprimaexponentul adiabatic în funcţie de valorile presiunii acelui gaz în diferite stări de echilibrutermodinamic. În cazul gazelor perfecte, la care se admite ipoteza că valorile capacităţilorspecifice masice c p şi cv nu depind de temperatură, exponentul adiabatic are o valoare unică
pentru un anumit gaz. În cazul gazelor reale, capacităţile specifice masice variază cu temperaturaşi cu presiunea şi, prin urmare, exponentul adiabatic al fiecărui gaz este dependent de aceşti doi
parametri.
Experimental, se poate determina exponentul adiabatic relativ uşor, dacă gazul - presupus perfect - parcurge următoarele transformări (fig. 3.1):
-
8/17/2019 TERMO_L3.pdf
2/5
3-2
∆ p"
∆ p'
p
1
2
6 4
5
3
v
T = const.
Fig. 3.1 - Reprezentarea ciclului parcurs de gaz, în diagramă p-V
1-2 destindere adiabatică; 2-3
încălzire izocorică până la temperatura iniţială T; 3-4 comprimare adiabatică până la presiunea iniţială p; 4-5 răcire izocorică până la temperatura T; 5-6 comprimare adiabatică până la presiunea p; 6-1 răcire izobarică până la starea iniţială.
Pentru comprimarea adiabatică 3-4, conform legii transformării, se poate scrie:
p
p
T
T
k
k
3
41
=
− (3.2)
Pentru răcirea izocoră 4-5, conform legii transformării, se poate scrie:
p
p
T
T5
4= (3.3)
Din cele două relaţii de mai sus, rezultă:
p
p
p
p
k
k
3 5
1
=
−
(3.4)
Notând: p p p− =3 ∆ '
şi p p p− =5 ∆ "
rezultă: p p p3 = − ∆ ' şi p p p
5
= − ∆ "
Atunci
-
8/17/2019 TERMO_L3.pdf
3/5
3-3
p
p
p p
p
p
p
3 1= −
= −∆ ∆' '
p
p
p p
p
p
p5 1=
−= −
∆ ∆" "
Introducând aceste expresii în relaţia (3.4), rezultă:
1 11
− = −
−∆ ∆ p
p
p
p
k
k ' " (3.5)
Prin dezvoltarea în serie şi neglijarea termenilor de grad superior ( p/" p∆ ), rezultă:
1 11
− = −−
⋅∆ ∆ p
p
k
k
p
p
' "
deci:
k p
p p=
−
∆
∆ ∆
'
' " (3.6)
În cadrul lucrării de laborator se va determina exponentul adiabatic pentru aer.
Instalaţia constă dintr -un balon de sticlă (1), prevăzut cu un racord (2) prin care comunicăcu un manometru diferenţial tub U cu coloană de apă (3) şi cu un racord care comunică cumediul exterior prin intermediul unui robinet (4).
manometru
tub U (3)
racord (2)
robinet (4)
balon (1)
aer
Fig. 3.2 - Instalaţia de laborator folosită pentru determinarea exponentului adiabatic
-
8/17/2019 TERMO_L3.pdf
4/5
3-4
IV MERSUL LUCRĂRII
1. Se deschide robinetul şi se aşteaptă ca lichidul manometric să fie la acelaşi nivel înambele ramuri ale tubului manometric, pentru ca aerul din balon să fie la condiţiilemediului ambiant (p, T ).
2.
Se aspiră puţin aer prin racordul care comunică cu mediul exterior (transformarea 1-2),creându-se o uşoară depresiune în balon (cca. 60-70 mm H2O).
3. Se închide robinetul, se aşteaptă câteva minute până când gazul ajunge la temperatura
iniţială (transformarea 2-3) şi se citeşte depresiunea ∆ p' , adică indicaţia manometruluidiferenţial (diferenţa dintre înălţimile celor două coloane de lichid)
4. Se deschide robinetul pentru o perioadă foarte scurtă de timp (cca. 0,5 sec.) şi se închide
la loc, realizându-se comprimarea adiabatică 3-4.
5. Se aşteaptă câteva minute revenirea gazului la temperatura mediului exterior (răcirea 4-5), răcire în urma căreia presiunea scade cu ∆ p" şi se notează această mărime în Tabel
3.1.
6. Se deschide robinetul (4), rezultând comprimarea adiabatică şi răcirea izobară până la
starea iniţială.
7. Se repetă experienţa de 10 ori, iar rezultatele măsurătorilor se trec în Tabel 3.1.
Observaţii:
• În timpul experienţei se va evita încălzirea balonului (apropierea de o sursă de căldură,atingerea cu mâna sau respiraţia).
•
Depresiunile ∆ p' şi ∆ p" se citesc numai după stabilizarea coloanelor de lichid dintubul manometric (adică atunci când nu se mai modifică diferenţa de nivel între celedouă ramuri ale manometrului diferenţial).
V REZULTATE EXPERIMENTALE
1.
Se citesc depresiunile ∆ p' şi ∆ p" pentru 10 măsurători şi se notează în Tabel 3.1.
2. Se calculează, pentru fiecare măsurătoare, exponentul adiabatic k, cu ajutorul formulei(3.6).
3. Se calculează valoarea medie a exponentului adiabatic obţinut experimental, ca o medie
aritmetică a celor 10 valori. 4. Se compară valoarea obţinută în laborator cu cea dată în literatura de specialitate.
VI DISCUŢII / CONCLUZII
-
8/17/2019 TERMO_L3.pdf
5/5
3 5
LUCRAREA NR. 3
DETERMINAREA EXPERIMENTALĂ A
EXPONENTULUI ADIABATIC
FOAIE DE CALCULE 3-1
Nume şi prenume: Data:
TABEL 3.1 - EXPONENTUL ADIABATIC “k”
Nr.
crt.∆ p' ∆ p" k
[mmH2O] [mmH2O] [-]
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Valoarea medie a exponentului adiabatic: k med =
