Определение эффекта Джоуля-Томпсона при адиабатическом истечении газа
Определение изменения температуры углекислого газа при протекании через малопроницаемую перегородку при разных значениях давления и температуры. Силы притяжения между молекулами. Эффект Джоуля-Томсона при адиабатическом истечении углекислого газа.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лабораторная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.12.2018 |
| Размер файла | 225,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http: //www. allbest. ru/
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Санкт-Петербургский Горный университет
Кафедра общей и технической физики
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
ОТЧЁТ по лабораторной работе №12
По дисциплине: Физика
Тема работы: Определение эффекта Джоуля-Томпсона при адиабатическом истечении газа
Выполнил: студент гр. ЭС-18-2 Кузнецов П.А.
Проверил Руководитель работы: ассистент
Егорова А.Ю.
Санкт-Петербург 2018
Цель работы
1) определение изменения температуры углекислого газа при протекании через малопроницаемую перегородку при разных начальных значениях давления и температуры;
2) вычисление по результатам опытов коэффициентов Ван-дер-Ваальса "a" и "b".
Краткое теоретическое содержание
Явление, изучаемое в работе Эффект Джоуля-Томсона при адиабатическом истечении углекислого газа. Сущность явления изменение температуры газа при адиабатическом расширении газа без совершения им полезной работы.
Основные определения физических величин, явлений ,процессов.
Адиабатическое расширение - расширение газа без теплообмена с окружающей средой. (Q=0)
Идеальный газ - модель газа, в которой пренебрегаются размеры молекул по сравнению с расстоянием между ними, т.е. молекулы рассматриваются как материальные точки, также пренебрегаются силы взаимодействия между молекулами (за исключением моментов столкновения). Обычные газы при невысоких давлениях можно рассматривать, как идеальные.
Теплообмен - физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала.
Законы и соотношения, лежащие в основе лабораторной работы
Первый закон термодинамики - теплота, сообщаемая системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы и на совершение системой работы против внешних сил.
Q=?U+A
Q - количество теплоты, Дж
U - внутренняя энергия, Дж
A - работы, Дж
Уравнение Менделеева-Клапейрона (идеального газа) - формула, устанавливающая зависимость между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой идеального газа, имеющая вид
P - давление, Па
V - объём, м3
R - универсальная газовая постоянная, R=8,31 Дж/(моль•К)
T - температура, К
Уравнение Ван-дер-Ваальса (реального газа) - формула, устанавливающая зависимость между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой реального газа при помощи коэффициентов Ван-дер-Ваальса, имеющая вид
Поправка a (в формуле
адиабатический углекислый газ давление
поправка, учитывающая силы притяжения между молекулами (давление на стенку уменьшается, т.к. есть силы, втягивающие молекулы приграничного слоя внутрь).
Поправка b -- поправка, учитывающая силы отталкивания (из общего объёма вычитается объём, занимаемый молекулами).
Теоретический ожидаемый результат
Коэффициенты в уравнении Ван-дер-Ваальса (для углекислого газа)
Экспериментальная установка
Рис. 1 1-теплоизоляционная защита, 2-каналы пористой перегородки, 3-трубка с пористой перегородкой, 4-пористая перегородка, 5-теплообменник, 6-магистраль, 7-кран, перекрывающий поток газа, 8-редуктор, регулирующий давление газа, 9-баллон с газом, 10-индикатор, отображающий температуру воды, 11-термопара, 12-термостат, 13-индикатор, отображающий дифференциальную температуру, 14-пульт, 15-дифференциальный термометр, 16-манометр, контролирующий давление газа
Расчётные формулы
1.Перепад давлений в теплоизолированной трубке
, где
- разность давлений, = Па;
начальное давление, = Па;
атмосферное давление = Па.
2.Коэффициент Джоуля-Томсона
, где
коэффициент Джоуля -Томсона, = ;
- разность температур, = ;
- постоянная Ван-дер-Ваальса, = ;
- универсальная газовая постоянная, ;
- температура газа, = К;
- постоянная Ван-дер-Ваальса, = ;
- теплоёмкость при постоянном давлении, = 41 .
3.Температура инверсии
, где
- температура инверсии, = .
4.Температура критическая
, где
- температура критическая.
Формулы косвенных погрешностей
1.Абсолютная погрешность измерений коэффициента Джоуля-Томсона
, где
средняя арифметическая ошибка. = К;
приборная погрешность барометра, = Па;
результат изменения температур, = К;
результат изменения давлений, = Па;
коэффициент Джоуля -Томсона, = .
2.Абсолютная погрешность измерений температуры инверсии
, где
- температура инверсии, = .
погрешность измерения коэффициента , ;
погрешность измерение коэффициента b, =;
- постоянная Ван-дер-Ваальса, = ;
- постоянная Ван-дер-Ваальса, = .
3.Абсолютная погрешность измерения температуры критической
, где
- температура критическая;
абсолютная погрешность измерений температуры инверсии;
- температура инверсии, = .
4.Относительная погрешность измерения коэффициента Джоуля-Томсона
, где
абсолютная погрешность измерений коэффициента Джоуля-Томсона, ;
коэффициент Джоуля -Томсона, = .
Погрешность прямых измерений
Погрешность дифференциальной температуры, 0,01
Погрешность давления, 0,05MПа
Результаты измерений
Таблица 1
|
Физ. величина |
T |
P1 |
P2 |
P |
T |
a |
b |
Тинв |
Ткр |
||
|
Ед.изм. № опыта |
105 Па |
105 Па |
105 Па |
/Па |
10Ї5 |
||||||
|
1. |
20 |
9 |
1 |
8 |
9,87 |
1,23 |
0,356 |
36,65 |
233,7 |
34,6 |
|
|
2. |
20 |
8 |
1 |
7 |
8,74 |
1,25 |
|||||
|
3. |
20 |
7 |
1 |
6 |
7,63 |
1,27 |
|||||
|
4. |
20 |
6 |
1 |
5 |
6,52 |
1,30 |
|||||
|
5. |
20 |
5 |
1 |
4 |
5,41 |
1,35 |
|||||
|
6. |
45 |
9 |
1 |
8 |
8,58 |
1,045 |
|||||
|
7. |
45 |
8 |
1 |
7 |
7,61 |
1,087 |
|||||
|
8. |
45 |
7 |
1 |
6 |
6,65 |
1,108 |
|||||
|
9. |
45 |
6 |
1 |
5 |
5,69 |
1,138 |
|||||
|
10. |
45 |
5 |
1 |
4 |
4,73 |
1,182 |
|||||
|
11. |
75 |
9 |
1 |
8 |
7,49 |
0,94 |
|||||
|
12. |
75 |
8 |
1 |
7 |
6,65 |
0,95 |
|||||
|
13. |
75 |
7 |
1 |
6 |
5,82 |
0,97 |
|||||
|
14. |
75 |
6 |
1 |
5 |
4,98 |
0,996 |
|||||
|
15. |
75 |
5 |
1 |
4 |
4,15 |
1,038 |
Исходные данные
P2 - атмосферное давление P2 = 1 атм 105 Па;
- универсальная газовая постоянная, ;
- теплоёмкость при постоянном давлении, = 41 .
Вычисления
Используя формулу
() и экспериментальные данные, полученные при трех значениях температуры, определяем постоянные a и b для углекислого газа по двум парам температур.
и - пары температур.
Погрешности косвенных измерений
Рис. 2
Окончательный результат
Вывод
В ходе проведенной лабораторной работы было определено изменение температуры углекислого газа при протекании через малопроницаемую перегородку при разных начальных значениях давления и температуры; по результатам опытов определены коэффициенты Ван-дер-Ваальса. Полученные в результате эксперимента коэффициенты Ван-дер-Ваальса отличаются от табличных коэффициентов
1). Коэффициент
Табличное значение
Экспериментальное значение
погрешность- 2%
2). Коэффициент
Табличное значение
Экспериментальное значение , погрешность- 5%.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Определение физических величин, явлений. Изменение температуры углекислого газа при протекании через малопроницаемую перегородку при начальных значениях давления и температуры. Сущность эффекта Джоуля-Томсона. Нахождение коэффициентов Ван-дер-Ваальса.
контрольная работа [231,7 K], добавлен 14.10.2014Силы межмолекулярного взаимодействия в газах. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы и внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля-Томсона. Сжижение газов и получение низких температур. Виды межмолекулярных взаимодействий. Метастабильные состояния.
реферат [660,6 K], добавлен 06.09.2011Взаимоотношение объема и давления, оценка влияния изменения объема на значение давления. Уравнение давления при постоянном значении массы газа. Соотношение массы и температуры по уравнению Менделеева-Клапейрона. Скорость при постоянной массе газа.
контрольная работа [544,5 K], добавлен 04.04.2014Работа идеального газа. Определение внутренней энергии системы тел. Работа газа при изопроцессах. Первое начало термодинамики. Зависимость внутренней энергии газа от температуры и объема. Основные способы ее изменения. Сущность адиабатического процесса.
презентация [1,2 M], добавлен 23.10.2013Использование уравнения состояния для описания свойств реальных газов в термодинамике. Уравнение Ван-Дер-Ваальса, связывающее давление, молярный объем и температуру. Физическая природа эффекта Джоуля-Томсона. График инверсии по теоретическим данным.
курсовая работа [1014,0 K], добавлен 27.09.2013Гидростатическое давление в сосуде. Определение траектории движения тела и направления ускорения. Зависимость давления идеального газа от температуры. Зависимость проекции скорости материальной точки от времени. Изобарное охлаждение постоянной массы газа.
задача [250,4 K], добавлен 04.10.2011Исследование основных величин, определяющих процесс кипения: температуры и давления насыщения, удельной теплоты парообразования, степени сухости влажного пара. Определение массового расхода воздуха при адиабатном истечении через суживающееся сопло.
лабораторная работа [5,4 M], добавлен 04.10.2013Рост потребления газа в городах. Определение низшей теплоты сгорания и плотности газа, численности населения. Расчет годового потребления газа. Потребление газа коммунальными и общественными предприятиями. Размещение газорегуляторных пунктов и установок.
курсовая работа [878,9 K], добавлен 28.12.2011Вычисление параметров и характеристик напора при истечении через отверстие в тонкой стенке и насадке с острой входной кромкой (цилиндрической и наружной), с коническим входом, с внутренней цилиндрической, с конически сходящейся и расходящейся насадками.
задача [65,4 K], добавлен 03.06.2010Уравнение состояния газа Ван-дер-Ваальса, его сущность и краткая характеристика. Влияние сил молекулярного притяжения на стенки сосуда. Уравнение Ван-дер-Ваальса для произвольного числа молей газа. Изотермы реального газа и правило фаз Максвелла.
реферат [47,0 K], добавлен 13.12.2011Физические свойства природного газа. Описание газопотребляющих приборов. Определение расчетных расходов газа. Гидравлический расчет газораспределительной сети низкого давления. Принцип работы газорегуляторных пунктов и регуляторов газового давления.
курсовая работа [222,5 K], добавлен 04.07.2014Определение линейного теплового потока методом последовательных приближений. Определение температуры стенки со стороны воды и температуры между слоями. График изменения температуры при теплопередаче. Число Рейнольдса и Нусельта для газов и воды.
контрольная работа [397,9 K], добавлен 18.03.2013Определение расчетных характеристик используемого природного газа. Выбор системы газоснабжения города. Пример гидравлического расчета распределительных городских газовых сетей среднего давления. Определение расчетных расходов газа жилыми зданиями.
курсовая работа [134,4 K], добавлен 19.04.2014Понятие межмолекулярного взаимодействия как связи между электрически нейтральными молекулами или атомами. Типы Ван-дер-Ваальсовых сил: ориентационные, дисперсионные и индукционные. Уравнение состояния газа. Характеристика сил притяжения и отталкивания.
контрольная работа [147,3 K], добавлен 03.03.2012Характеристика района города, определение численности его населения. Определение годового потребления газа. Определение удельных часовых расходов газа по зонам застройки. Трассировка сети низкого давления. Гидравлический расчет внутридомового газопровода.
курсовая работа [774,7 K], добавлен 10.12.2011Газ как агрегатное состояние вещества. Свойства водорода, кислорода, углекислого газа, этилена и аммиака. Текучесть и сопротивление деформации. Формулирование закона Авогадро. Сущность парникового эффекта. Фотоны, электроны, броуновские частицы и плазма.
презентация [1,2 M], добавлен 21.11.2013Выбор рабочего давления газопровода. Расчет свойств транспортируемого газа. Плотность газа при стандартных условиях. Определение расстояния между компрессорными станциями и числа компрессорных станций. Расчет суточной производительности газопровода.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 25.03.2013Характеристики населенного пункта. Удельный вес и теплотворность газа. Бытовое и коммунально-бытовое газопотребление. Определение расхода газа по укрупненным показателям. Регулирование неравномерности потребления газа. Гидравлический расчет газовых сетей.
дипломная работа [737,1 K], добавлен 24.05.2012Парамагнетизм и ферромагнетизм в системе коллективизированных электронов. Рассмотрение явления диамагнетизма электронного газа. Изучение влияния температуры на распределение Ферми-Дирака. Ознакомление со статистиками Бозе-Эйнштейна и Максвелла-Больцмана.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 01.06.2014Компонентный состав газа и его характеристики. Определение расчетного часового расхода газа по номинальным расходам газовыми приборами и горелочными устройствами. Гидравлический расчет магистральных наружных газопроводов высокого и среднего давления.
дипломная работа [823,6 K], добавлен 20.03.2017
