Исследование эффекта Джоуля-Томпсона при адиабатическом истечении газа

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.

Рубрика Физика и энергетика
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 14.10.2014
Размер файла 231,7 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/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Контрольная работа

По дисциплине: Физика

Тема Исследование эффекта Джоуля-Томпсона при адиабатическом истечении газа

Выполнил:

Брыков Д.С.

Санкт- Петербург 2014

1. 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.

2. Законы и соотношения

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 ) - 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).

Рисунок 1

Коэффициенты в уравнении Ван-дер-Ваальса (для углекислого газа):

3. Экспериментальная установка

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

Таблица 1. Результаты измерений

Физ. величина

T

P1

P2

P

T

a

b

Тинв

Ткр

Ед.изм.

№ опыта

105 Па

105 Па

105 Па

/Па

10Ї?

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 .

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:

Рисунок 2

Окончательный результат:

Вывод

физический температура газ давление

В ходе проведенной 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

  • Использование 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 27.09.2013

  • Силы 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 06.09.2011

  • Проверка эффекта Мпембы. Исследование температуры замерзания воды в зависимости от концентрации соли в ней. Зависимость температуры кипения от ее продолжительности, концентрации соляного раствора, атмосферного давления, высоты столба жидкости в сосуде.

    творческая работа [80,5 K], добавлен 24.03.2015

  • Исследование 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 04.10.2013

  • Понятие потенциометрического эффекта и его применение в технике. Эквивалентная схема потенциометрического устройства. Измерение физических величин на основе потенциометрического эффекта. Датчики, построенные на основании потенциометрического эффекта.

    контрольная работа [674,6 K], добавлен 18.12.2010

  • Взаимоотношение 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 04.04.2014

  • Уравнение 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 13.12.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.