ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ



МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И высшего ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра общей и технической физики

Отчет по лабораторной работе №12

По дисциплине: Физика

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема: Исследование эффекта Джоуля-Томсона при адиабатическом истечении газа

Выполнил: / /

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

Проверил: _ _ / /

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Оценка:

Дата:


Санкт-Петербург

2022 год

Цель работы:

Определение изменения температуры углекислого газа при протекании через малопроницаемую перегородку при разных начальных значениях давления и температуры; вычислить коэффициенты Ван-дер-Ваальса a и b по результатам эксперимента.
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.

Реальным называется газ, между молекулами которого действуют силы межмолекулярного взаимодействия, состоящие из сил притяжения и сил отталкивания.

Уравнение Ван-дер-Ваальса описывает газообразное состояние и переход к жидкому и твердому состоянию. Формула устанавливает зависимость между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой реального газа при помощи коэффициентов Ван-дер-Ваальса и имеет вид:



Поправка a учитывает 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).

Уравнение Ван-дер-Ваальса можно применять для качественных оценок изменений агрегатного состояние вещества. Экспериментальные изотермы состояния газа отличаются тем, что участок теоретической зависимости, где давление растет с увеличением объема, представляет собой горизонтальный участок, соответствующий сжижению газа, которое при заданной температуре происходит при постоянном давлении.

При повышении температуры этот участок уменьшается и превращается в точку. Эта точка называется критической. Значения давления, объема и температуры в этой точке называются критическими параметрами.

В случае медленно протекающего адиабатического расширения (расширении газа без теплообмена с окружающей средой) реального газа при изменении давления происходит изменение температуры. Это явление получило название эффекта Джоуля-Томсона.
Схема установки:

Основным элементом установки является трубка 1 с пористой перегородкой 2, через которую пропускается исследуемый газ. Пористая перегородка 2 расположена в конце трубки и представляет собой стеклянную пористую пробку со множеством узких и длинных каналов. Температура воды измеряется термопарой 5 и отображается на индикаторе 7, разность температур до и после перегородки измеряется дифференциальной термопарой 4 и отображается на индикаторе 6. Газ поступает в систему из баллона 13 через редуктор 12, который позволяет регулировать давление газа в магистрали. Кран 10 позволяет перекрыть поток газа, давление контролируется манометром 11. Термостат управляется с пульта 7. Переключатель "ЦИРК" включает или выключает циркуляцию воды через водяную рубашку трубы 3. Индикацией включения циркуляции является вращение крыльчатки насоса внутри термостата.
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, R= 8,31 ; - температура газа, = К;

- постоянная Ван-дер-Ваальса, = ;

- теплоёмкость при постоянном давлении, = 41 .

3.Температура инверсии:

,

где - температура инверсии, = ;

---

- постоянная Ван-дер-Ваальса, = ;

- универсальная газовая постоянная, R= 8,31 ;

- постоянная Ван-дер-Ваальса, = ;

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 измерения 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, = .
Таблица 1. Результаты измерений

Физ. величина	T	P	T		a	b	Тинв	Ткр
Ед.изм. № опыта	­­­­	10­­5 Па		/Па		10¯⁵	К	К
1	20	10	11	1,10	0,910	29,79	735,2	108,9
2	20	9	9,87	1,10
3	20	8	8,74	1,09
4	20	7,5	8,18	1,09
5	20	7	7,63	1,09
6	20	6,5	7,07	1,09
7	20	6	6,52	1,09
8	20	5,5	5,96	1,08
9	45	10	9,55	0,96
10	45	9,5	9,07	0,955
11	45	9	8,58	0,953
12	45	8,5	8,1	0,953
13	45	8	7,61	0,951
14	45	7,5	7,13	0,832
15	45	7	6,65	0,950
16	75	9,5	7,91	0,83
17	75	9	7,49	0,83
18	75	8,5	7,07	0,832
19	75	8	6,65	0,83
20	75	7,5	6,24	0,83

---

Смотрите также файлы

• Роль документов в жизни человека.docx

• Цель функционирования психологической службы.docx

• Дипломной практики является ао Газпромбанк.docx

• Система организации произвольных движений.ppt

• Appwiz cpl Удаление программ calc.pdf