Изохорная массовая теплоёмкость воздуха по уравнения Майера составляет
,Дж/кг К (2.13)
Экспериментальное исследование теплоёмкости газа даёт возможность на основании полученных данных вычислить его энтальпию и внутреннюю энергию.
Таблица 2.
№ п/п | Наименование | Формула | Розмер-ность | Численное значение | |||
1 | Объём воздуха по показанию счётчика | ||||||
Время по показанию секундомера | С | ||||||
3 | Мощность нагревателя | Вт | |||||
4 | Температура на входе до калориметра | оС | |||||
5 | Температура на выходе из калориметра | оС | |||||
6 | Атмосферное давление | Р | мм рт. | ||||
Па | |||||||
7 | Газовая постоянная воздуха | ||||||
8 | Масса воздуха,имеющего объём, V | кг | |||||
9 | Массовыйрасход воздуха | ||||||
10 | Массоваяизобарная теплоёмкость | ||||||
11 | Объёмная изобарная теплоёмкость | ||||||
12 | Массоваяизохорнаятеплоёмкость | ||||||
13 | Энтальпия воздуха | ||||||
ст.Если начало отсчёта энтальпии, то есть i= 0
(2.
14)
По этому уравнению можно вычислить энтальпию воздуха при температуре на выходе из калориметра во время опыта. При этом следует учитывать, что теплоёмкостьСр не зависит от температуры. Результаты измерений вносят в табл.2
Контрольные вопросы
1. Определение теплоёмкости.
2. Какие различают теплоёмкости?
3. От чего зависит теплоёмкость?
4. Как определить теплоту процесса, если известна теплоёмкость?
5. Определить теплоту, которую надо подвести к воде в чайнике, чтобы довести её до кипения.
6. Почему ?
7. В каких процессах ?
8. Как зависит теплоёмкость идеального газа от показателя политропа?
9.
Изобразить на диаграммах в P– и T–s координатах процесс, который происходит
в калориметре.
Лабораторная работа №3 Исследование изохорного процесса
Процесс, который происходит при постоянном объёме, называется изохорным. Математическая связь между параметрами в изохорном процессе определяется законом Шарля:
или (3.1)
т.е. при постоянном объёме давление газа изменяется прямопропорционально его абсолютной температуре, изохоры показаны на диаграммах рис.16. Процесс П-1 – изохорный подвод теплоты, П-2 – изохорный отвод теплоты. Уравнение первого закона термодинамики для изохорного процесса имеет вид (работа не выполняется )
(3.2)
Количество теплоты и изменение внутренней энергии в изохорном процессе определяется по формуле ( при CV=const )
(3.3)
Рис.16
Таким
образом, вся полученная теплота в
изохорном процессе расходуется только
на изменение внутренней энергии.
В T-s диаграмме
площадь под процессом П
–1 равна
теплоте процесса (пл
П-1-3-4 ). При
незначительных изменениях температур,
которые имеют место в опытах, зависимостью
теплоёмкости от температуры можно
пренебрегать, среднюю изохорную
теплоёмкость воздуха можно считать
постоянной
кДж/кгK (3.4)
Описание установки
Схема установки
для проведения опытов показана на
рис.17. Опыт проводится с воздухом, который
находится в середине герметичной
посудины 7. Посудина 7 погружена в воду,
которая налита в термостат 12. Температура
воды в термостате увеличивается
электронагревателем 9. Значение
температуры воды задаётся электроконтактным
термометром 10. При достижении заданной
температуры воды, нагреватель выключается,
сигнальная лампочка 11 гаснет. Равномерность
температуры воды обеспечивается
электромешалкой 6.
Избыточное
(манометрическое) давление измеряется
манометром 5. Температура воздуха
определяется с помощью термопары,
горячий спай 7 которой расположен в
середине герметичной посудины, а холодный
2 – в пробирке с маслом 1. Показания
термопары измеряется цифровым вольтметром
4. Температуру холодного спая 2 измеряют
термометром 3.
Рис.17 Схема установки для исследования изохорного процесса.
Выполнение работы.
1. Первый отсчёт выполняют при выключенном электронагревателе термостата. При этом фиксируют показания манометра 5 Рман, давление окружающей среды Ратм – барометром, ЭДС термопары – вольтметром. ЭДС позволяет определить температуру воздуха в посудине.
2.
Устанавливают на электроконтактном
термометре 10 температуру на 5оС
больше, чем предыдущую, включают
нагреватель термостата 9.
Когда температура
воды достигает заданной, гаснет сигнальная
лампочка 11. После этого начинают
фиксировать показания термопары
вольтметром через каждые две минуты.
Окончательное значение показаний
вольтметра и манометра фиксируют тогда,
когда предыдущие и дальнейшие показания
термопары будут одинаковыми.
3. Устанавливают на электроконтактном термометре последовательно ещё 4 значения температур через каждые 5оС и измеряют ЭДС термопары и избыточное давление.
Обработка результатов работы
1. Результаты измерений и расчётов заносят в таблицу 3
Таблица 3
№ п/п | Наименование | Формула | Размерность | Числовые значения | ||||
1 | Избыточное давление | |||||||
2 | Атмосферное давление | Ратм | ||||||
мм рт. | ||||||||
3 | Абсолютное давление | |||||||
4 | ЭДС термопары | |||||||
5 | ЭДС холодного спая | |||||||
6 | ЭДС гарячего спая | |||||||
7 | Температура воздуха | |||||||
8 | Внутренняя энергия | |||||||
ст. 2.
На графике в T–P координатах
наносят полученные точки и строят прямую T = a P,
коэффициент а определяют по методу наименьших
квадратов.
3. Пользуясь значением средней теплоёмкости, по формуле (3.4) считают величину внутренней энергии для каждого опыта. На начало отсчёта внутренней энергии принимают u0=0 при t = 0 0C .
4. Строят график
5. Рассчитывают изменение внутренней энергии для отдельных процессов.
Свойства и процессы рабочих тел и материалов атомной энергетики
Свойства и процессы рабочих тел и материалов атомной энергетикиА.А. Александров, К.А. Орлов, В.Ф. Очков
Издательский дом МЭИ, 2012 г.
Таблица 1.14.1. Теплофизические свойства цезия
Диапазон изменения температур при расчете:
от температуры плавления до 1573,15 К;
температура плавления по [21] составляет 301,65 К.
| °CK°F°R |
| 345678910 |
Плотность [29]
Теплопроводность [29]
Динамическая вязкость [29]
Удельная изобарная теплоемкость [29]
Число Прандтля [29]
Поверхностное натяжение [29]
Давление паров [30]
Расчетная формула плотности (от температуры плавления до 1573,15 К) [29]:
Расчетная формула теплоемкости (от температуры плавления до 1573,15 К) [29]:
Расчетная формула теплопроводности (от температуры плавления до 1573,15 К) [29]:
Расчетная формула динамической вязкости (от температуры плавления до 1573,15 К) [29]:
Расчетная формула поверхностного натяжения (от температуры плавления до 1573,15 К) [29]:
Расчетная формула давления паров (от температуры плавления до 1900 К) [30]:
1.
Revised Release on the IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam. International Association for the Properties of Water and Steam, Executive Secretary R.B. Dooley, Structural Integrity Associates, Inc. Oakville, Ontario, L6J7L7, Canada. 2007, 48 p.
2. Сычев В.В. Новое уравнение для показателя адиабаты влажного пара // Теплоэнергетика.-1961.-№ 3.-С. 67 -70.
3. Release on the IAPWS Formulation 2008 for the Viscosity of Ordinary Water Substance. International Association for the Properties of Water and Steam, Executive Secretary R.B. Dooley, Structural Integrity Associates, Inc. Oakville, Ontario, L6J7L7, Canada.
4. Release on IAPWS Formulation 2011 for the Thermal Conductivity of Ordinary Water Substance. International Association for the Properties of Water and Steam. Executive Secretary R.B. Dooley, Structural Integrity Associates, Inc.2616 Chelsea Drive Charlotte, NC 28209, USA.
5. Release on The Surface Tension of Ordinary Water Substance.
International Association for the Properties of Water and Steam, Proc.12th Int. Conf. Prop. Water and Steam, H. White and J.V. Sengers, ed., Begell House, NY, 1995, P.A143-149.
6. Release on the Ionization constant of h3O. August 2007. International Association for the Properties of Water and Steam, Executive Secretary R.B. Dooley, Structural Integrity Associates, Inc. Oakville, Ontario, L6J7L7, Canada. 2007, 8 p.
7. Release on the Static Dielectric constant of Ordinary Water Substance for temperatures from 238 K to 873 K and Pressures up to1000 MPa. Tremaine P.R., Hill P.G., Irish D.E., Balakrishnan P.V. (Editors). 2000. Steam, Water, and Hydrothermal Systems: Physics and Chemistry Meeting the Needs of Industry. NRC Research Press, Ottawa, Canada, P. A97-A105.
8. Advisory Note No 1. Uncertainties in Ehthalpy for the IAPWS Formulation 1995 for Thermodynamic Properties of Ordinary Water Substance for General and Science Use (IAPWS-95) and the IAPWS Industrial Formulation 1997 for Thermodynamic Properties of Water and Steam (IAPWS-97).
August 2003. International Association for the Properties of Water and Steam, Executive Secretary R.B. Dooley, Structural Integrity Associates, Inc. Oakville, Ontario, L6J7L7, Canada.
9. International Organization for Standardization (ISO), Viscosity of Water, ISO/TR Technical Report 3666: 1998(E), Geneva.
10. Revised Release on the IAPS Formulation 1984 for the thermodynamic Properties of the Heavy Water Substance. 2005. International Association for the Properties of Water and Steam, Executive Secretary R.B. Dooley, Structural Integrity Associates, Inc. Oakville, Ontario, L6J7L7, Canada.
11. Hill P.G., MacMillan R.D.C. A Saturation vapor pressure equation for heavy water // Ind. & EC Fundamentals, 1979, V. 18, P. 412.
12. Revised Release on the Viscosity and Thermal Conductivity of Heavy Water Substance. 2007. International Association for the Properties of Water and Steam, Executive Secretary R.B. Dooley, Structural Integrity Associates, Inc.
Oakville, Ontario, L6J7L7, Canada.
13. IAPWS Release on The Surface Tension of Heavy Water Substance. International Association for the Properties of Water and Steam, Proc.12th Int. Conf. Prop. Water and Steam, H. White and J.V. Sengers, ed., Begell House, NY, 1995, P.A103-106.
14. Leachem J.W., Jacobsen R.T., Penoncello S.G., Lemmon E.W. Fundamental Equations State for Parahydrogen, Normal Hydrogen, and Orthohydrogen //J.Phys.Chem. Ref.Data, 2009, Vol.38, No 3, P. 721 -748.
15. ГСССД R 233-87. Нормальный водород. Коэффициенты динамической вязкости и теплопроводности при температурах 14 -1500 К и давлениях от состояния разреженного газа до 100 МПа. деп. во ВНИКИ 22.02.88 №446.
16. Термодинамические свойства гелия /В.В. Сычев, А.А. Вассерман, А.Д. Козлов, Г.А. Спиридонов, В.А. Цымарный; ГСССД.- М.: Изд–во стандартов, 1984. -320 с.
17. ГСССД 92-86. Гелий-4. Коэффициенты динамической вязкости и теплопроводности при температурах 2,2…1000 К и давлениях от соответствующих разреженному газу до 100 МПа.
Изд-во стандартов. 1986.
18. ГСССД 179-96. Аргон жидкий и газообразный. Термодинамические свойства, коэффициенты динамической вязкости и теплопроводности при температурах 85…1300 К и давлениях 0,1…100 МПа. Деп. во ВНИЦСМВ 05.01.1997. №771 –кк97. 67 с.
19. Термодинамические свойства воздуха /В.В. Сычев, А.А. Вассерман, А.Д. Козлов, Г.А. Спиридонов, В.А. Цымарный; ГСССД.- М.: Изд–во стандартов, 1978. -276 с.
20. ГСССД 109-87. Воздух сухой. Коэффициенты динамической вязкости и теплопроводности при температурах 150…1000 К и давлениях от соответствующих разреженному газу до 100 МПа. М.: Изд-во стандартов. 1988. 15 с.
21. Физические величины: справочник / Под ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. –М.: Энергоатомиздат, 1991.
22. ГСССД 229-07. Плотность свинца, висмута и их эвтектического сплава в конденсированном состоянии в диапазоне температур 273,15…1500 К. Деп. в ФГУП Стандартинформ 13.12.2007, № 833 -2007кк.
23. ГСССД 232-08.
Коэффициент объемного термического расширения свинца, висмута и их эвтектического сплава в диапазоне температур 273,15…1500 К. Деп. в ФГУП Стандартинформ 25.12 2008 г., № 838-2008 кк.
24. ГСССД 236-2009. Скорость звука в жидких свинце, висмуте и их эвтектическом сплаве в диапазоне от температуры плавления до 1300 К. Деп. в ФГУП Стандартинформ 26.03 2009 г., № 842-2009 кк.
25. Пашаев Б.П., Палчаев Д.К., Пащук Е.Г. и др. Плотность, скорость ультразвука, электро- и теплопроводность легкоплавких металлов в жидком состоянии. Обзоры по теплофизическим свойствам веществ. –М.: ИВТАН, 1982. -№ 3(35).
26. Handbook on Lead-bismuth Eutectic Alloy and Lead Properties, Materials Compatibility, Thermal-hydraulics and Technologies. OECD/NEA Nuclear Science Committee, 2007. NEA No. 6195. Nuclear Energy Agency.
27. Smithells Metals Reference Book/7-th ed. – Oxford: Publ. Butterworth-Heinemann. 1992.
28. Постовалов, В.Г., Романов Е.П. и др. Теория переноса в жидких металлах.
Расчет динамической вязкости // Теплофизика высоких температур. 2003, Т.41 – №6 – С. 860-869.
29. Thermophysical Properties of Materials for Nuclear Engineering: A Tutorial and Collection of Data. International atomic energy agency. Vienna. 2008. 192 pp.
30. ГСССД 112 -87. Литий, натрий, калий, рубидий, цезий. Давление насыщенных паров при высоких температурах //М.: Изд-во стандартов 1988, 38 с.
31. Электронный справочник по свойствам веществ, используемых в теплоэнергетике (ОИВТ РАН – МЭИ). 2003.
32. Быстров П.М., Каган Д.Н., Кречетова Г.А. и др. Жидкометаллические теплоносители тепловых труб и энергетических установок. Под ред. В.А. Кириллина. М.: Наука, 1988.
33. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. Ред. Кириллов П.Л. Изд. 2-е. М.: ИздАТ. 2007,194 с.
34. Шпильрайн Э.Э., Якимович К.А., Тоцкий Е.Е. Теплофизические свойства щелочных металлов. Справочник. Под. ред. В.А. Кириллина. М.: Изд-во стандартов, 1970.
35. Azad A.A. Refinement in the Ultrasonic Velocity Data and Estimation of the Critical Parameters for Molten Uranium Dioxide // J. Nuclear Materials, 2005, V.341, No 1, PP. 53 -61
36. Займовский А.С., Калашников В.В., Головин И.С. Топливные элементы ядерных реакторов // М.: Атомиздат, 1966
37. Rahn F.J., Adamantiades A.G., Kenton J.E., Braun C.A. Guide to Nuclear Power Technology // N.Y.:, John Wiley & Sons. 1984
38. Thermophysical Properties of Materials for Water Cooled Reactors /IAEA –TECDOC -949. –Vienna: IAEA, 1997.
39. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Ред. В.П. Глушко, Л.В. Гурвич Изд.3. //М.: Наука. 1982. Т. IV, Кн. 2.
40. Шпильрайн Е.У., Фомин И.А., Качалов В.В. Плотность и поверхностное натяжение жидкого урана // ТВТ. 1988, Т. 26, № 5, С. 982 -900.
41. Mulford R.N.R., Sheldon R.I. Density and Capacity of Liquid Uranium at High Temperatures. // J. Nuclear Materials, 1998, V.
154, PP. 268 -272
42. Урсу И. Физика и технология ядерных материалов. // М.: Энергоатомиздат, 1988.
43. Термодинамические свойства неорганических веществ: Справочник / Под ред. А.П. Зефирова – М.: Атомиздат, 1965.
44. Oggianu S.M. Kazimi M.S. A Review of Properties of Advanced Nuclear Fuels/MTINFC-TR-021. ? Cambridge, USA, 2000. ? http://web.mit.eduned/www.resources/reports NFC021.pdf (85 PP.).
45. Rohr W.G. Liquid Plutonium — А Review of Physical Properties. / Nuclear Applic., 1967, Vol. 3, No 9, PP. 550-555.
46. Boivineau M. What’s New on Plutonium Up to 4000K // Journal of Nuclear Materials, 2001, Vol. 297, PP. 97-106.
47. Rare Metals Handbook, Ed. by C.A. Hampel 2-ed, Reinhold Publ. Co Ltd, London, 1965.
48. Емельянов, В.С., Евтюхин А.И. Металлургия ядерного горючего, Свойства и основы технологии урана, тория и плутония. – Изд. 2-е перераб. и доп. – М.: Атомиздат, 1968
49. Thermophysical properties database of materials for light water reactors and heavy water reactors: final report of a coordinated research project 1999-2005; IAEA-TECDOC-1496.
– Vienna: IAEA, 2006.
50. Fink J.K., Petri M.C. Thermophysical Properties of Uranium Dioxide/Report ANL/Re-97/2.-Argonne: Argonne National Laboratory, 1997.
51. ГСССД 25-90. Графит квазимонокристаллический УПВ-1Т. Изобарная теплоемкость, энтальпия и энтропия в диапазоне температур 298.15К…4000К.
52. Коробенко, В.Н., Савватимский, А.И. Температурная зависимость плотности и электро-сопротивления жидкого циркония до 4100 К // Теплофизика высоких температур. 2001. Т.39. – №4. – С. 566-572.
53. Коробенко, В.Н., Савватимский, А.И. Удельная теплоемкость жидкого циркония до 4100 К // Теплофизика высоких температур. 2001. Т.39. – №5. – С. 712-719.
54. Коробенко, В.Н., Савватимский, А.И. Свойства жидкого циркония до 4100 К // Журнал физической химии.- 2003. Т.77. – №10 – С. 1742-1747.
55. Enthalpy and Heat Capacity of Solid Zirconium. Preliminary Recommendation. http://www.insc.anl.gov/matprop/zirconium.
56. Пелецкий, В.
Е., Грищук, А.П., Мусаева, З.А. Экспериментальное исследование переносных свойств циркония // Теплофизика высоких температур. 1992. – Т.30. – №6. –С.1090-1093.
57. Алчагиров Б.Б., Мозговой А.Г. Поверхностное натяжение расплавленного галлия при высоких температурах. // ТВТ.- 2005.-Т.- 43. -№ 5.- С.789 – 790.
Онлайн – Расчет – Воздух
Онлайн – Расчет – Воздух| Берндт Вишневски | Рихард-Вагнер-Штр. 49 | 10585 Берлин | |
| Тел.: 030 – 3429075 | ФАКС: 030 34704037 | электронная почта: [email protected] |
Некоторые научные и технические данные онлайн
немецкий
Расчет переменных термодинамического состояния воздуха
нижний предел для расчета: -150 C, 1 бар верхний предел: 1000 C, 1000 бар
плотность, динамическая вязкость, кинематическая вязкость, удельная энтальпия, удельная энтропия, удельная изобарная теплоемкость cp, теплопроводность, коэффициент теплового расширения, теплопроводность, температуропроводность, число Прандтля, коэффициент сжимаемости Z.
Расчет воздуха: если вы обнаружили ошибку, напишите по адресу: [email protected]. Нет гарантии правильности.
Термодинамические константы воздуха:
азот 78 %, кислород 21 %, аргон 0,9 %, углекислый газ 0,04 %
молярная масса
28,96 [кг/кмоль] газовая постоянная R
287,22 [Дж/(кг·К)] показатель изоэнтропии
1.402 переменные критического состояния:
р крит
37,66 [ бар ] Т крит
132,52 или -140,63 [К или С] плотность крит
313 [кг/м 3 ] температура тройной точки
60 или -213,15 [К или С]
Воздух при нормальных условиях, т норма = 0 o С, р норма = 1013,25 мбар:
плотность
1,292 [кг/м 3 ] теплоемкость изобар c p
1,005 [кДж/(кг·К)] изохорная теплоемкость c v
0,718 [кДж/(кг·К)] скорость звука
331,5 [м/с]
Википедия -> Воздух
Удельная теплоемкость обычных газов при различных температурах
Связанные ресурсы: термодинамика
Удельная теплоемкость обычных газов при различных температурах
Термодинамика Связанные ресурсы
массы на 1 кельвин. Теплоемкость — экстенсивное свойство материи, то есть она пропорциональна размеру системы.
Удельная теплоемкость идеальных газов различных обычных газов при различных температурах
с р
кДж/кг·К
с в
кДж/кг·К
к
с р
кДж/кг·К
с
кДж/кг·К
к
с р
кДж/кг·К
с в
кДж/кг·К
к
Воздух
Углекислый газ, CO 2
Окись углерода, CO
250
1,003
0,716
1.
401
0,791
0,602
1.314
1,039
0,743
1.400
300
1,005
0,718
1.400
0,846
0,657
1.288
1.040
0,744
1,399
350
1,008
0,721
1,398
0,895
0,706
1,268
1,043
0,746
1,398
400
1,013
0,726
1,395
0,939
0,750
1,252
1,047
0,751
1.
395
450
1,020
0,733
1,391
0,978
0,790
1,239
1,054
0,757
1,392
500
1,029
0,742
1,387
1,014
0,825
1,229
1,063
0,767
1,387
550
1.040
0,753
1,381
1,046
0,857
1.
220
1,075
0,778
1,382
600
1,051
0,764
1,376
1,075
0,886
1.213
1,087
0,790
1,376
650
1,063
0,776
1,370
1.102
0,913
1.207
1.100
0,803
1,370
700
1,075
0,788
1,364
1.
126
0,937
1,202
1.113
0,816
1,364
750
1,087
0,800
1,359
1.148
0,959
1,197
1.126
0,829
1,358
800
1,099
0,812
1,354
1,169
0,980
1,193
1.139
0,842
1,353
900
1.
121
0,834
1,344
1.204
1,015
1,186
1,163
0,866
1,343
1000
1.142
0,855
1,336
1,234
1,045
1.181
1,185
0,888
1,335
Температура,
К
Водород, H 2
Азот, N 2
Кислород, O 2
250
14.
051
9,927
1.416
1,039
0,742
1.400
0,913
0,653
1,398
300
14.307
10.183
1.405
1,039
0,743
1.400
0,918
0,658
1,395
350
14.427
10.302
1.400
1,041
0,744
1,399
0,928
0,668
1,389
400
14.
476
10.352
1,398
1,044
0,747
1,397
0,941
0,681
1,382
450
14.501
10.377
1,398
1,049
0,752
1,395
0,956
0,696
1,373
500
14.513
10.389
1,397
1,056
0,759
1,391
0,972
0,712
1,365
550
14.
530
10.405
1,396
1,065
0,768
1,387
0,988
0,728
1,358
600
14.546
10.422
1,396
1,075
0,778
1,382
1,003
0,743
1,350
650
14.571
10.447
1,395
1,086
0,789
1,376
1,017
0,758
1,343
700
14.
604
10.480
1,394
1,098
0,801
1,371
1,031
0,771
1,337
750
14.645
10.521
1,392
1.110
0,813
1,365
1,043
0,783
1,332
800
14.695
10.570
1,390
1.121
0,825
1,360
1,054
0,794
1,327
900
14.