測(cè)量空氣的定壓比熱

1、測(cè)量空氣的定壓比熱,制 作: 王憲軍 指導(dǎo)老師: 王曉云,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解氣體比熱測(cè)定裝置的基本原理和構(gòu)思。 熟悉本實(shí)驗(yàn)中測(cè)溫、測(cè)壓、測(cè)熱、測(cè)流量的方法。 掌握由基本數(shù)據(jù)計(jì)算出比熱值和比熱公式的方法。 分析本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差的原因及減小誤差的可能途徑。,實(shí)驗(yàn)原理 引用熱力學(xué)第一定律解析式，對(duì)可逆過(guò)程有：,和,定壓時(shí):,此式直接由,的定義導(dǎo)出，故適用于一切工質(zhì)。,在沒(méi)有對(duì)外界作功的氣體的等壓流動(dòng)過(guò)程中：,則氣體的定壓比熱容可以表示為：,kJ/kg,氣體的質(zhì)量流量，kg/s；,由于氣體的實(shí)際定壓比熱是隨溫度的升高而增大，它是溫度的復(fù)雜函數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明，理想氣體的比熱與溫度之間的函數(shù)關(guān)系甚為復(fù)雜，但總可表達(dá)

2、為：,氣體在等壓流動(dòng)過(guò)程中的吸熱量，kJ/s。,式中：,式中a、b、e等是與氣體性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。在離開(kāi)室溫不很遠(yuǎn)的溫度范圍內(nèi)，空氣的定壓比熱容與溫度的關(guān)系可近似認(rèn)為是線形的，假定在0-300之間，空氣真實(shí)定壓比熱與溫度之間進(jìn)似地有線性關(guān)系：,則溫度由,至,的過(guò)程中所需要的熱量可表示為:,由,加熱到,的平均定壓比熱容則可表示為：,若以（t1+t2）/2為橫坐標(biāo)，,為縱坐標(biāo)（,如下圖所示），則可根據(jù)不同溫度范圍的平均比熱 確定截距a和斜率b,從而得出比熱隨溫度變化的計(jì)算,式,大氣是含有水蒸氣的濕空氣。當(dāng)濕空氣氣流由溫度,加熱到,時(shí)，其中水蒸氣的吸熱量可用式,下式計(jì)算：,式中：,氣流中水蒸氣質(zhì)量，k

3、g/s。,則干空氣的平均定壓比熱容由下式確定：,式中：,為濕空氣氣流的吸熱量。,實(shí)驗(yàn)設(shè)備,1整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置由風(fēng)機(jī)，流量計(jì)，比熱儀本體，電功率調(diào)節(jié)及測(cè)量系統(tǒng)共四部分組成，如圖一所示。,2比熱儀本體如圖二所示。由內(nèi)壁鍍銀的多層杜瓦瓶2、進(jìn)口溫度計(jì)1和出口溫度計(jì)8（鉑電阻溫度計(jì)或精度較高的水銀溫度計(jì)）電加熱器3和均流網(wǎng)4，絕緣墊5，旋流片6和混流網(wǎng)7組成。氣體自進(jìn)口管引入，進(jìn)口溫度計(jì)1測(cè)量其初始溫度，離開(kāi)電加熱器的氣體經(jīng)均流網(wǎng)4均流均溫，出口溫度計(jì)8測(cè)量加熱終了溫度，后被引出。該比熱儀可測(cè)300以下氣體的定壓比熱。,圖 二,實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)處理,1接通電源及測(cè)量?jī)x表，選擇所需的出口溫 度計(jì)插入混流網(wǎng)的凹

4、槽中。 2摘下流量計(jì)上的溫度計(jì)，開(kāi)動(dòng)風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，使流量保持在額定值附近。測(cè)出流量計(jì)出口空氣的干球溫度（t0）和濕球溫度（tw）。3將溫度計(jì)插回流量計(jì)，調(diào)節(jié)流量，使它保持在額定值附近。逐漸提高電壓，使出口溫度升高至預(yù)計(jì)溫度可以根據(jù)下式預(yù)先估計(jì)所需電功率：W12t/。式中W為電功率（瓦）；t為進(jìn)出口溫度差（）；為每流過(guò)10升空氣所需時(shí)間（秒）。 4待出口溫度穩(wěn)定后（出口溫度在10分鐘之內(nèi)無(wú)變化或有微小起伏，即可視為穩(wěn)定），讀出下列數(shù)據(jù)：每10升氣體通過(guò)流量計(jì)所需時(shí)間（，秒）；比熱儀進(jìn)口溫度（t1, ）和出口溫度（t2, ）；當(dāng)時(shí)大氣壓,6電熱器消耗的功率可由電壓和電流的乘積計(jì)算，但要考慮電表

5、的內(nèi)耗。如果伏特表和毫安表采用圖一所示的接法，則應(yīng)扣除毫安表的內(nèi)耗。設(shè)毫安表的內(nèi)阻為RmA歐，則可得電熱器單位時(shí)間放出的熱量為.,7水蒸氣和干空氣質(zhì)量流量的計(jì)算，可按理想氣體處理。,力（B，毫米汞柱）和流量計(jì)出口處的表壓（h，毫米水柱）；電熱器的電壓（V，伏）和電流（I，毫安）。 5據(jù)流量計(jì)出口空氣的干球溫度和濕球溫度，從濕空氣的焓濕圖查出含濕量（d，克/公斤 干空氣）,并計(jì)算出水蒸汽的容積成分.,注意事項(xiàng),1切勿在無(wú)空氣流通過(guò)的情況下使用電加熱器工作，以免引起局部過(guò)熱而損壞比熱儀。 2電加熱器輸入電壓不得超過(guò)220V，氣體出口溫度不得超過(guò)300。 3加熱和冷卻緩慢進(jìn)行，以防止溫度計(jì)和比熱儀本體因溫度驟升驟降而破損；加熱時(shí)要先啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，再緩慢提高加熱器功率，停止試驗(yàn)時(shí)應(yīng)先切斷電加熱器電源，讓風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行10至20分鐘。 4實(shí)驗(yàn)測(cè)定時(shí)，必須確信氣流和測(cè)定儀的溫度狀況穩(wěn)定后才能讀數(shù)。,實(shí)驗(yàn)報(bào)告,1簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)原理和儀器構(gòu)成原理。 2列表給出所有原始數(shù)據(jù)記錄。 3列表給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果（數(shù)據(jù)處理，要附有例證）。 4與下述經(jīng)驗(yàn)方程比較,其中：T為空氣的絕對(duì)溫度，K。,思考題,1在本實(shí)驗(yàn)中，如何實(shí)現(xiàn)絕熱？ 2氣體被加熱后，要經(jīng)過(guò)均流、旋流和混流后才測(cè)量氣體的出口溫度，為什么？簡(jiǎn)述均流網(wǎng)、旋流片和混流網(wǎng)的作用？ 3盡管在本實(shí)驗(yàn)裝置中