DEFINISI
Menjelaskan proses adiabatik, mengalir masuk. Adiabatik adalah suatu proses dimana tidak terjadi pertukaran panas antara sistem yang bersangkutan dan lingkungan: .
Persamaan Poisson terlihat seperti:
Di sini, volume yang ditempati gas adalah volumenya, dan nilainya disebut eksponen adiabatik.
Eksponen adiabatik dalam persamaan Poisson
Dalam perhitungan praktis, akan lebih mudah untuk mengingat bahwa untuk gas ideal indeks adiabatik sama dengan , untuk indeks diatomik – , dan untuk indeks triatomik – .
Apa yang harus dilakukan dengan gas nyata, Kapan peran penting apakah gaya interaksi antar molekul mulai berperan? Dalam hal ini, indeks adiabatik untuk setiap gas yang diteliti dapat diperoleh secara eksperimental. Salah satu metode tersebut diusulkan pada tahun 1819 oleh Clément dan Desormes. Kami mengisi silinder dengan gas dingin hingga tekanan di dalamnya mencapai . Kemudian kita membuka keran, gas mulai mengembang secara adiabatik, dan tekanan di dalam silinder turun hingga tekanan atmosfer. Setelah gas dipanaskan secara isokhorik hingga mencapai suhu sekitar, tekanan di dalam silinder akan meningkat menjadi . Maka eksponen adiabatik dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
Indeks adiabatik selalu lebih besar dari 1, oleh karena itu, selama kompresi adiabatik suatu gas - baik ideal maupun nyata - ke volume yang lebih kecil, suhu gas selalu meningkat, dan selama pemuaian gas menjadi dingin. Sifat proses adiabatik ini, yang disebut batu api pneumatik, digunakan dalam mesin diesel, di mana campuran yang mudah terbakar dikompresi di dalam silinder dan dinyalakan oleh suhu tinggi. Mari kita ingat hukum pertama termodinamika: , di mana - , dan A adalah usaha yang dilakukan padanya. Karena usaha yang dilakukan gas hanya untuk mengubahnya energi dalam- dan karena itu suhu. Dari persamaan Poisson kita dapat memperoleh rumus untuk menghitung kerja gas pada proses adiabatik:
Di sini n adalah jumlah gas dalam mol, R adalah konstanta gas universal, T adalah suhu absolut gas
Persamaan Poisson untuk proses adiabatik tidak hanya digunakan dalam perhitungan mesin pembakaran internal, tetapi juga dalam desain mesin pendingin.
Perlu diingat bahwa persamaan Poisson secara akurat hanya menggambarkan proses kesetimbangan adiabatik yang terdiri dari keadaan kesetimbangan yang terus menerus bergantian. Jika pada kenyataannya kita membuka katup pada silinder sehingga gas mengembang secara adiabatik, maka akan timbul proses transien yang tidak tunak dengan vortisitas gas yang akan mati akibat gesekan makroskopis.
Contoh pemecahan masalah
CONTOH 1
| Latihan | Gas ideal monoatomik dikompresi secara adiabatik sehingga volumenya menjadi dua kali lipat. Bagaimana tekanan gas akan berubah? |
| Larutan | Eksponen adiabatik untuk gas monoatomik sama dengan . Namun bisa juga dihitung dengan rumus:
dimana R adalah konstanta gas universal, dan i adalah derajat kebebasan molekul gas. Untuk gas monoatomik, derajat kebebasannya adalah 3: ini berarti pusat molekulnya dapat berada gerakan ke depan tiga sumbu koordinat. Oleh karena itu, indeks adiabatik:
Mari kita nyatakan keadaan gas pada awal dan akhir proses adiabatik melalui persamaan Poisson:
|
| Menjawab | Tekanan akan berkurang 3,175 kali. |
CONTOH 2
| Latihan | 100 mol gas ideal diatomik dikompresi secara adiabatik pada suhu 300 K. Pada saat yang sama, tekanan gas meningkat 3 kali lipat. Bagaimana cara kerja gas berubah? |
| Larutan | Derajat kebebasan suatu molekul diatomik, karena molekul dapat bergerak secara translasi sepanjang tiga sumbu koordinat dan berputar pada dua sumbu. |
Tujuan pekerjaan: mengenal proses adiabatik, menentukan indeks adiabatik udara.
Peralatan: silinder dengan katup, kompresor, pengukur tekanan.
PENDAHULUAN TEORITIS
Proses adiabatik adalah proses yang terjadi di sistem termodinamika tanpa pertukaran panas dengan lingkungan. Sistem termodinamika adalah sistem yang berisi jumlah yang sangat besar partikel. Misalnya, gas yang jumlah molekulnya sebanding dengan bilangan Avagadro 6,02∙10 23 1/mol. Meskipun pergerakan setiap partikel mematuhi hukum Newton, jumlahnya sangat banyak sehingga tidak mungkin menyelesaikan sistem persamaan dinamis untuk menentukan parameter sistem. Oleh karena itu, keadaan sistem dicirikan oleh parameter termodinamika, seperti tekanan P, volume V, suhu T.
Menurut hukum pertama termodinamika, yaitu hukum kekekalan energi dalam proses termodinamika, panas Q, yang dipasok ke sistem, digunakan untuk melakukan pekerjaan A dan perubahan energi dalam Δ kamu
T=SEBUAH+ D kamu. (1)
Panas adalah jumlah energi gerak kacau yang ditransfer ke sistem termodinamika. Pasokan panas menyebabkan peningkatan suhu: , dimana N– jumlah gas, DENGAN− kapasitas panas molar, tergantung pada jenis prosesnya. Energi dalam gas ideal adalah energi kinetik molekulnya. Hal ini sebanding dengan suhu: , dimana Cv– kapasitas panas molar selama pemanasan isokorik. Pekerjaan perubahan dasar volume dengan gaya tekanan sama dengan hasil kali tekanan dan perubahan volume: da= PdV.
Untuk proses adiabatik yang terjadi tanpa pertukaran panas ( Q= 0), usaha yang dilakukan karena adanya perubahan energi dalam, SEBUAH = − D kamu. Pada pemuaian adiabatik, usaha yang dilakukan gas bertanda positif sehingga energi dalam dan suhu berkurang. Saat dikompresi, yang terjadi justru sebaliknya. Semua proses yang terjadi dengan cepat dapat dianggap adiabatik dengan cukup akurat.
Mari kita turunkan persamaan proses adiabatik gas ideal. Untuk melakukan ini, kami menerapkan persamaan hukum pertama termodinamika untuk proses adiabatik dasar dA= − dU, yang mengambil bentuk РdV =−n С v dT. Mari kita tambahkan satu lagi persamaan diferensial ini, yang diperoleh dengan mendiferensiasikan persamaan Mendeleev – Clapeyron ( PV=νRT): PdV +VdP = nR dT. Dengan mengecualikan salah satu parameter dalam dua persamaan, misalnya suhu, kita memperoleh hubungan untuk dua parameter lainnya 
. Mengintegrasikan dan mempotensiasi, kita memperoleh persamaan adiabatik dalam hal tekanan dan volume:
P V g = konstanta.
Juga:
T V g -1 = konstanta, P g -1 T -- g = konstanta. (2)
Di Sini 
– eksponen adiabatik, sama dengan rasio kapasitas panas gas selama pemanasan isobarik dan isokorik.
Mari kita peroleh rumus eksponen adiabatik dalam teori kinetik molekul. Kapasitas panas molar menurut definisi adalah jumlah panas yang diperlukan untuk memanaskan satu mol suatu zat sebesar satu Kelvin. Selama pemanasan isokhorik, panas dikeluarkan hanya untuk meningkatkan energi internal 
. Mengganti panas, kita mendapatkan.
Selama pemanasan isobarik suatu gas pada kondisi tekanan konstan, sebagian panas tambahan digunakan untuk kerja perubahan volume 
. Oleh karena itu, jumlah panas ( dQ = dU + dA) diperoleh dengan pemanasan isobarik sebesar satu Kelvin akan sama dengan 
. Mengganti rumus kapasitas panas, kita mendapatkan 
.
Kemudian eksponen adiabatik dapat ditentukan secara teoritis dengan rumus
Di Sini Saya – sejumlah derajat kebebasan molekul gas. Ini adalah jumlah koordinat yang cukup untuk menentukan posisi molekul dalam ruang atau jumlah komponen energi penyusun molekul. Misalnya untuk molekul monoatomik energi kinetik dapat direpresentasikan sebagai jumlah dari tiga komponen energi yang berhubungan dengan gerak sepanjang tiga sumbu koordinat, Saya= 3. Untuk molekul diatomik kaku, harus ditambahkan dua komponen energi lagi gerakan rotasi, karena tidak ada energi rotasi pada sumbu ketiga yang melewati atom. Jadi untuk molekul diatomik Saya= 5. Untuk udara sebagai gas diatomik, nilai teoritis indeks adiabatik adalah g = 1,4.
Eksponen adiabatik dapat ditentukan secara eksperimental dengan metode Clément – Desormes. Udara dipompa ke dalam balon, menekannya hingga tekanan tertentu. R 1, sedikit lebih atmosfer. Saat dikompresi, udara sedikit memanas. Setelah didirikan kesetimbangan termal balon menyala waktu singkat membuka. Dalam proses ekspansi 1–2 ini, tekanan turun ke atmosfer R 2 =P atm, dan massa gas yang diteliti, yang sebelumnya menempati sebagian volume silinder V 1, mengembang, menempati seluruh silinder V 2 (Gbr. 1). Proses pemuaian udara (1−2) terjadi dengan cepat, dapat dikatakan adiabatik, terjadi menurut persamaan (2)
. (4)
Pada proses pemuaian adiabatik, udara menjadi dingin. Setelah katup ditutup, udara dingin di dalam silinder dipanaskan melalui dinding silinder sampai suhu laboratorium T 3 = T 1. Ini adalah proses isokhorik 2–3
. (5)
Menyelesaikan persamaan (4) dan (5) bersama-sama, tidak termasuk suhu, kita memperoleh persamaan 
, dari mana indeks adiabatik harus ditentukan γ
. Sensor tekanan tidak mengukur tekanan absolut yang tertulis dalam persamaan proses, melainkan kelebihan tekanan di atas tekanan atmosfer. Yaitu R 1 = Δ R 1 +R 2, dan R 3 =Δ R 3 +R 2. Pindah ke tekanan berlebih, kita dapatkan 
. Tekanan berlebih kecil dibandingkan dengan tekanan atmosfer R 2. Mari kita kembangkan suku-suku persamaan tersebut menjadi suatu deret menurut relasinya 
. Setelah dikurangi sebesar R 2 kita memperoleh rumus perhitungan eksponen adiabatik
. (6)
Instalasi laboratorium (Gbr. 2) terdiri dari silinder kaca, yang berkomunikasi dengan atmosfer melalui katup Suasana. Udara dipompa ke dalam silinder oleh kompresor dengan keran terbuka. KE. Setelah memompa, untuk menghindari kebocoran udara, tutup keran.
MENYELESAIKAN PEKERJAAN
1. Hubungkan instalasi ke jaringan 220 V.
Buka keran silinder. Nyalakan kompresor, pompa udara hingga tekanan berlebih pada kisaran 4–11 kPa. Tutup keran silinder. Tunggu 1,5–2 menit, catat nilai tekanan Δ R 1 ke meja.
2. Putar katupnya Suasana sampai berbunyi klik, katup membuka dan menutup. Akan terjadi pelepasan udara adiabatik dengan penurunan suhu. Pantau peningkatan tekanan di dalam silinder saat memanas. Ukuran tekanan tertinggi Δ R 3 setelah kesetimbangan termal tercapai. Tuliskan hasilnya pada tabel.
Ulangi percobaan setidaknya lima kali, ubah tekanan awal dalam kisaran 4–11 kPa.
| Δ R 1, kPa | |||||
| Δ R 3, kPa | |||||
| γ |
Matikan instalasi.
3. Membuat perhitungan. Tentukan indeks adiabatik pada setiap percobaan dengan menggunakan rumus (6). Tuliskan di tabel. Tentukan nilai rata-rata indeks adiabatik<γ >
4. Perkirakan kesalahan pengukuran acak menggunakan rumus pengukuran langsung
. (7)
5. Tuliskan hasilnya pada formulir G = <G> ± dg. R= 0,9. Bandingkan hasilnya dengan nilai teoretis indeks adiabatik dari gas diatomik teori g = 1,4.
Menarik kesimpulan.
PERTANYAAN UJI
1. Berikan definisi proses adiabatik. Tuliskan hukum pertama termodinamika untuk proses adiabatik. Jelaskan perubahan suhu gas selama proses kompresi dan ekspansi adiabatik.
2. Turunkan persamaan proses adiabatik untuk parameter tekanan – volume.
3. Turunkan persamaan proses adiabatik untuk parameter tekanan – suhu.
4. Menentukan jumlah derajat kebebasan molekul. Bagaimana energi dalam gas ideal bergantung pada jenis molekulnya?
5. Bagaimana proses yang dilakukan dengan udara pada siklus Clément – Desormes, bagaimana perubahan tekanan dan suhu dalam proses tersebut?
6. Turunkan rumus perhitungan eksperimen penentuan indeks adiabatik.
Informasi terkait.
Perhitungan tekanan di depan gelombang kejut udara selama penghancuran wadah dilakukan sesuai dengan rumus (3.12), (3.45), yang nilai terakhirnya aMQ v n diganti dengan E, nilai dari koefisien b 1 = 0,3.
Bahaya serius ditimbulkan oleh pecahan pecahan akibat rusaknya wadah. Pergerakan suatu pecahan dengan kecepatan awal yang diketahui dapat digambarkan dengan sistem persamaan bentuk
\s\up15(x" = -\f((0C1S1 \b (x" -\f((0C2S2 \b (x"2 + y"2 (3,45)
dimana m adalah massa fragmen, kg C 1 , C 2 - koefisien menyeret dan gaya angkat fragmen, masing-masing; S 1 , S 2 - luas permukaan depan dan lateral fragmen, m 2 ; r 0 - kepadatan udara, kg/m 3 ; fragmen; x, y - sumbu koordinat.
Solusi untuk sistem persamaan ini ditunjukkan pada Gambar. 3.7.
Dalam perhitungan perkiraan, untuk memperkirakan rentang hamburan fragmen, diperbolehkan menggunakan relasi
dimana L m adalah jangkauan hamburan maksimum fragmen, m; kecepatan awal terbangnya pecahan, m/s; g = 9,81 m/s 2 - percepatan jatuh bebas.
Hubungan (3,46) diperoleh untuk kasus pecahan yang beterbangan ruang tanpa udara. Pada jumlah besar V 0 itu melebih-lebihkan nilai L m . Kisaran L m yang ditentukan dengan cara ini harus dibatasi dari atas dengan nilai L *
L m £ L * = 238 3,47,
dimana E adalah energi ledakan yang dipertimbangkan, J; Q v tr adalah panas ledakan TNT (Tabel 2), J/kg. Nilai L* diperoleh selama ledakan muatan TNT dalam cangkang logam ( bom, peluru).
Jika sebuah wadah meledak dengan gas terkompresi yang mudah terbakar energi ledakan E, J, ditemukan menurut relasinya
E= 
+ MQ v hal 3.48,
dimana M = awM 0 - massa gas yang ikut serta dalam ledakan, kg; Q v p - panas ledakan gas yang mudah terbakar, J/kg;
Massa gas dalam wadah sebelum ledakan adalah M 0 = Vr 0, dimana nilai P 0, P g, V mempunyai arti yang sama seperti pada rumus (3.46), dan nilai r 0 adalah gas kepadatan pada tekanan atmosfer.
Sebagaimana tercantum dalam Bagian 3.4, indeks adiabatik produk ledakan air panas g » 1,25. Lagi nilai yang tepat Indeks adiabatik beberapa gas yang digunakan untuk menghitung akibat ledakan disajikan pada Tabel 3.8.
Tabel 3.8
Dalam kasus yang dipertimbangkan, hubungan E » E uv + E osc + E t juga berlaku, di mana E adalah energi ledakan, E uv = b 1 E - energi yang dihabiskan untuk pembentukan gelombang kejut udara, E osc = b 2 E - energi kinetik pecahan , E t = b 0 E - energi menuju radiasi termal. Berdasarkan data di sini, koefisien b 1 = 0,2, b 2 = 0,5, b 3 = 0,3.
Perhitungan tekanan di depan gelombang kejut udara dan jangkauan penyebaran pecahan di nilai-nilai yang diketahui energi ledakan E dan koefisien b 1 , b 2 , b 3 diberikan dengan analogi dengan kasus ledakan wadah dengan gas inert.
Perlu diperhatikan perbedaan antara peristiwa yang terjadi selama depressurisasi bejana berisi gas di bawah tekanan dan bejana berisi gas cair. Jika dalam kasus pertama faktor perusak utama adalah pecahan cangkang, maka dalam kasus kedua, pecahan mungkin tidak terbentuk, karena jika segel silinder dengan gas cair rusak, tekanan internalnya hampir bersamaan dengan depresurisasi menjadi sama dengan tekanan eksternal dan kemudian proses keluarnya gas cair dari balon yang hancur ke lingkungan dan penguapannya. Apalagi jika terjadi ledakan, yang utama faktor yang merusak adalah gelombang kejut dan radiasi termal.
Badan Federal untuk Pendidikan
Universitas Teknik Negeri Saratov
PENENTUAN INDIKATOR ADIABATH
UNTUK UDARA
Pedoman pelaksanaan pekerjaan laboratorium
oleh kursus "Teknik termal", " Termodinamika teknis
Dan teknik pemanas untuk pelajar
spesialisasi 280201
siang hari dan formulir korespondensi pelatihan
Disetujui
dewan editorial dan penerbitan
Saratovnegara bagian siapa
universitas teknik
Saratov 2006
Tujuan pekerjaan: pengenalan metodologi dan penentuan eksperimental indeks adiabatik untuk udara, studi tentang hukum dasar proses perubahan keadaan fluida kerja adiabatik, isokhorik dan isotermal.
KONSEP DASAR
Proses adiabatik adalah proses perubahan wujud fluida kerja (gas atau uap) yang terjadi tanpa adanya suplai atau pembuangan panas darinya.
Diperlukan dan kondisi cukup proses adiabatik adalah ekspresi analitis dq =0, artinya sama sekali tidak ada perpindahan panas pada proses tersebut, yaitu q =0. Di dq =0 untuk proses yang dapat dibalik Tds =0, yaitu ds =0; ini berarti untuk proses adiabatik reversibel s = konstanta . Dengan kata lain, proses adiabatik reversibel sekaligus isoentropik.
Persamaan yang berkaitan dengan perubahan parameter termodinamika utama pada proses adiabatik, yaitu persamaan adiabatik berbentuk:
ukuran font:14.0pt">di mana k - indeks adiabatik (isentropik):
Font-size:14.0pt">Persamaan adiabatik dapat diperoleh dalam bentuk lain, dengan menggunakan hubungan antara parameter termodinamika utama:
font-size:14.0pt">Ketergantungan diperoleh dengan cara yang sama:
font-size:14.0pt">Usaha pada proses adiabatik dapat ditentukan dari persamaan hukum pertama termodinamika:
ukuran font:14.0pt">Kapan
ukuran font:14.0pt">atau
font-size:14.0pt">Mengganti
font-size:14.0pt">kita mendapatkan:
font-size:14.0pt">Mengganti dan dalam persamaan ini, kita mendapatkan, J/kg:
font-size:14.0pt">Dengan menggunakan hubungan antara parameter termodinamika, kita dapat memperoleh ekspresi lain untuk pengoperasian proses adiabatik. Dengan mengeluarkannya dari tanda kurung pada persamaan (4), kita akan mendapatkan:
ukuran font:14.0pt">tapi
ukuran font:14.0pt">lalu
font-size:14.0pt">Tampilan grafis dari proses adiabatik di p - v - dan T - s -koordinat ditunjukkan pada Gambar 1.
Dalam hal - v - koordinat kurva adiabatik tersebut fungsi eksponensial, dari mana , dimana a adalah nilai konstan.
Dalam hal - v - dalam koordinat, adiabat selalu lebih curam daripada isoterm, karena EN-US style="font-size:16.0pt"">cp> cv . Proses 1-2 berhubungan dengan ekspansi, proses 1-2¢ - kompresi. Luas situs di bawah kurva adiabatik di hal,v - koordinat secara numerik sama dengan hasil kali proses adiabatik (“ L "pada Gambar 1).
Dalam T - s -koordinat, kurva adiabatik adalah garis vertikal Dengan . Area di bawah kurva proses mengalami degenerasi, yang berhubungan dengan nol panas proses adiabatik.
 |
Gambar.1. Proses adiabatik perubahan wujud gas
dalam diagram p -v - dan T -s -
Proses nyata yang terjadi dengan fluida kerja pada mesin kalor mirip dengan proses adiabatik. Misalnya pemuaian gas dan uap pada turbin dan silinder mesin kalor, kompresi gas dan uap pada kompresor mesin kalor dan mesin pendingin.
Kira-kira ukurannya k dapat diperkirakan dari atomitas gas (atau gas utama dalam campuran), dengan mengabaikan ketergantungan suhu:
untuk gas monoatomik: font-size:14.0pt">untuk gas diatomik: font-size:14.0pt">untuk gas triatomik dan poliatomik: 
.
Pada komposisi yang diketahui gas, indeks adiabatik dapat dihitung secara tepat dari nilai tabulasi kapasitas panas tergantung pada suhu.
Eksponen adiabatik juga dapat ditentukan dari hubungan diferensial termodinamika. Berbeda dengan teori gas ideal, persamaan diferensial termodinamika memungkinkan diperolehnya pola umum perubahan parameter gas nyata. Persamaan diferensial termodinamika diperoleh dengan diferensiasi parsial persamaan gabungan hukum pertama dan kedua termodinamika:
font-size:14.0pt">oleh beberapa parameter status sekaligus.
Aparat persamaan diferensial termodinamika memungkinkan, khususnya, untuk menetapkan sejumlah hubungan penting untuk kapasitas panas gas nyata.
Salah satunya adalah hubungan yang berbentuk:
font-size:14.0pt">Hubungan (7) membentuk hubungan antara kapasitas panas cp, cv dan perubahan parameter dasar hal dan v dalam proses adiabatik font-size:14.0pt">dan proses isotermal
.Mengingat eksponen adiabatik, persamaan (7) dapat ditulis ulang menjadi:
font-size:14.0pt">Ekspresi terakhir dapat digunakan untuk menentukan indeks adiabatik secara eksperimental.
PROSEDUR EKSPERIMENTAL
Untuk menentukan indeks adiabatik sebenarnya dari gas nyata yang cukup dijernihkan menggunakan persamaan (8), diperlukan pengukuran parameter termodinamika p yang akurat, v, T dan turunan parsialnya. Tetapi jika kita mensubstitusikan pertambahan berhingga yang kecil ke dalam persamaan (8), maka kapan 
nilai rata-rata indeks adiabatik akan sama dengan:
https://pandia.ru/text/79/436/images/image034_1.gif" width="12" height="23 src=">font-size:14.0pt">Kapan p2=rbar, yaitu, sama dengan tekanan barometrik,
Ukuran font:14.0pt">di mana p u 1, p u 3 – tekanan berlebih di negara bagian 1, 3.
Hal ini terlihat jelas dengan penurunan tekanan berlebih p kamu 1 nilai km akan mendekati nilai sebenarnya untuk udara atmosfer.
Instalasi laboratorium (Gbr. 2) memiliki bejana dengan volume konstan 1, keran 2, 3. Udara dipompa ke dalam bejana dengan kompresor 4. Tekanan udara di dalam bejana diukur kamu pengukur tekanan berbentuk 5. Bejana tidak isotermal, oleh karena itu udara di dalamnya mengambil keadaan suhu setimbang dengan lingkungan sebagai akibat dari pertukaran panas. Suhu udara dalam bejana dikontrol menggunakan termometer air raksa 6 dengan nilai pembagian 0,01°C.
|
Gambar.2. Diagram pengaturan laboratorium untuk menentukan indikator
adiabat udara: 1 – kapal; 2, 3 – ketukan; 4 – kompresor;
5 - pengukur tekanan berbentuk U; 6 – termometer
Gambar 3 menunjukkan proses termodinamika yang terjadi di udara selama percobaan: proses 1-2 – pemuaian adiabatik udara ketika sebagian dilepaskan dari bejana; 2-3 – pemanasan isokhorik udara hingga suhu sekitar; 1-3 - proses ekspansi udara isotermal yang efektif (menghasilkan).
| |
|
|
|
| |
| |
|
Saat mengeksekusi dari pekerjaan ini tidak ada faktor berbahaya dan merugikan dan tidak dapat muncul. Namun tekanan dalam bejana dengan kompresor yang digerakkan secara manual harus dinaikkan secara bertahap dengan memutar roda gila kompresor. Ini akan mencegah air keluar dari pengukur tekanan.
TATA CARA KINERJA PEKERJAAN
Biasakan diri Anda dengan diagram instalasi dan periksa untuk menentukan kesiapannya untuk dioperasikan.
Tentukan dari barometer dan catat dalam laporan pengukuran tekanan atmosfer pbar, suhu
T dan kelembaban relatif di laboratorium. Buka keran 2 (Gbr. 2) dan dengan keran 3 tertutup, putar roda gila kompresor 4, pompa udara ke dalam bejana 1. Seperti disebutkan di atas, hal kamu 1 harus sekecil mungkin. Oleh karena itu, setelah menimbulkan sedikit tekanan berlebih di dalam bejana, hentikan pasokan udara dan tutup katup 2.Tekanan dipertahankan selama beberapa waktu yang diperlukan untuk mencapai keseimbangan termal dengan lingkungan, yang dibuktikan dengan pembacaan konstan pengukur tekanan 5. Tuliskan nilai p
kamu 1. Kemudian buka dan ketika Anda mencapai tekanan atmosfer segera tutup keran 3. Udara yang tersisa di dalam bejana akibat pemuaian dan pendinginan adiabatik pada saat ekspirasi akan mulai memanas akibat suplai panas isokhorik dari lingkungan. Proses ini diamati dengan peningkatan tekanan yang nyata di dalam bejana ke sungai kamu 3. Ulangi percobaan sebanyak 5 kali.Hasil yang diperoleh dimasukkan ke dalam protokol pengukuran dalam bentuk Tabel 1.
Tabel 1
t,°C | pu 1, Pa | pu 3, Pa |
|
||
PENGOLAHAN HASIL EKSPERIMENTAL
Latihan:
1. Tentukan nilai indeks adiabatik pada setiap percobaan menurut (8) dan nilai kemungkinan (rata-rata) indeks adiabatik udara:
ukuran font:14.0pt">di mana n – jumlah percobaan,
dan bandingkan nilai yang diperoleh dengan tabel (Tabel 2):
Ukuran font:14.0pt">2. Melakukan studi tentang proses pemuaian adiabatik, pemanasan udara isokhorik selanjutnya, dan proses isotermal efektif, yang merupakan hasil dari dua proses nyata pertama.
Tabel 2
Sifat fisik udara kering pada kondisi normal
Suhu t, °C |
kapasitas panas, kJ/(kmol× K) | Massa kapasitas panas, kJ/(kg× K) | Volumetrik kapasitas panas, kJ/(m3× K) | Eksponen adiabatik k |
|||
m dari sore | m dengan vm | dari sore | dengan vm | dari jam 1 siang | dengan ¢vm |
||
Untuk melakukan ini, parameter termodinamika p, T in perlu dirata-ratakan selama jumlah percobaan poin karakteristik 1, 2, 3 (Gbr. 3) dan darinya hitung karakteristik kalori: panas, kerja, perubahan energi dalam, perubahan entalpi dan entropi pada setiap proses termodinamika yang ditunjukkan. Bandingkan karakteristik kalori dari proses isotermal nyata (karakteristik dihitung dari hubungan yang dihitung) dan proses isotermal efektif (karakteristik yang merupakan jumlah dari karakteristik proses adiabatik dan isokorik yang sesuai).
Menarik kesimpulan.
Petunjuk arah:
Persamaan proses isokhorik berbentuk:
font-size:14.0pt">PERHITUNGAN KESALAHAN PENENTUAN
NILAI INDIKATOR ADIABATIK
1. Kesalahan absolut dan relatif penentuan eksperimental indeks adiabatik
k menurut (9), (10) dan data tabel ditentukan dengan rumus:font-size:14.0pt">di mana k tabel – nilai tabel eksponen adiabatik.
2. Kesalahan mutlak dalam menentukan indeks adiabatik berdasarkan hasil pengukuran tekanan berlebih p
kamu 1 dan pu kamu 3 (9) dihitung dengan rumus:font-size:14.0pt">dimana D r u = D r u 1 = D r u 3 - kesalahan mutlak pengukuran tekanan berlebih oleh kamu pengukur tekanan berbentuk, yang dapat diambil sama dengan 1 mm air. Seni.
Kesalahan relatif, %, dalam menentukan indeks adiabatik berdasarkan hasil pengukuran:
font-size:14.0pt">PERTANYAAN UJI DIRI
1. Tunjukkan perbedaan konsep proses adiabatik dan isentropik.
2. Besaran termodinamika apa yang disebut eksponen adiabatik? Menjelaskan arti fisik indeks adiabatik.
3. Beritahu kami tentang perangkat tersebut pengaturan eksperimental dan metodologi eksperimental.
4. Mengapa terjadi proses adiabatik, kecuali kondisinya Q =0, ketentuan tambahan diberlakukan dq=0?
5. Tuliskan persamaan adiabatiknya.
6. Turunkan ekspresi operasi proses adiabatik.
7. Tuliskan dan jelaskan persamaan perubahan energi dalam pada semua proses termodinamika.
8. Tuliskan dan jelaskan persamaan perubahan entalpi pandangan umum.
9. Tuliskan ekspresi perubahan entropi dalam bentuk umum. Dapatkan ekspresi yang disederhanakan untuk proses termodinamika tertentu.
10. Bagaimana ciri-ciri proses isokhorik, dan apa persamaan, usaha, dan kalornya?
11. Apa ciri-cirinya? proses isotermal, dan apa persamaannya, usaha, kalor?
12. Apa yang disebut proses termodinamika tertentu yang mengubah wujud gas? Daftarkan mereka.
13. Apa inti dari teori persamaan diferensial termodinamika? Tuliskan persamaan gabungan hukum pertama dan kedua termodinamika.
14. Gambarkan kurva adiabatiknya p - v - dan T - s -koordinat. Kenapa masuk hal - v - dalam koordinat apakah adiabat selalu lebih curam dari pada isoterm?
15. Apa yang ditunjukkan oleh area di bawah kurva proses termodinamika? koordinat p - v - dan T - s?
16. Gambarkan kurva isokore ke dalam
17. Gambarkan kurva isotermnya p - v - dan T - s -koordinat.
LITERATUR
1. Termodinamika Kirillin. , . edisi ke-3, direvisi. dan tambahan M. Nauka, 19 detik.
2. Termodinamika Nashchokin dan perpindahan panas: buku teks untuk universitas. . edisi ke-3, dikoreksi. dan tambahan M. sekolah pascasarjana, 19 detik.
3. Gortyshov dan teknik eksperimen termofisika. , ; diedit oleh . M: Energoatomizdat, 1985.Hal.35-51.
4. Teknik termal: buku teks untuk universitas. diedit oleh . edisi ke-2, direvisi. M.Energoatomizdat, 19c.
PENENTUAN INDIKATOR ADIABATH UDARA
Pedoman pelaksanaan pekerjaan laboratorium
oleh kursus "Teknik termal", " Termodinamika teknis
Dan teknik pemanas ", "Teknik hidrolik dan panas"
Disusun oleh: SEDELKIN Valentin Mikhailovich
KULESHOV Oleg Yurievich
KAZANTSEVA Irina Leonidovna
pengulas
ID Lisensi No. 000 tanggal 14/11/01
Ditandatangani untuk dicetak Format 60´ 84 1/16
Ledakan. jenis. Bersyarat oven aku. Edisi akademis. aku.
Sirkulasi Pesan Gratis
Universitas Teknik Negeri Saratov
Saratov, Jalan Politekhnicheskaya, 77
Dicetak di RIC SSTU. Saratov, jalan Politekhnicheskaya, 77
Eksponen adiabatik(terkadang dipanggil rasio Poisson) - rasio kapasitas panas pada tekanan konstan() ke kapasitas kalor pada volume konstan (). Kadang-kadang disebut juga faktor ekspansi isentropik. Ditunjuk surat Yunani(gamma) atau (kappa). Simbol huruf terutama digunakan dalam disiplin ilmu teknik kimia. Dalam teknik panas, huruf latin digunakan.
Persamaan:
, adalah kapasitas panas gas, adalah kapasitas panas spesifik (perbandingan kapasitas panas terhadap satuan massa) gas, indeks dan masing-masing menunjukkan kondisi tekanan konstan atau volume konstan.Untuk memahami hubungan ini, perhatikan percobaan berikut:
Silinder tertutup dengan piston tetap berisi udara. Tekanan di dalam sama dengan tekanan di luar. Silinder ini dipanaskan sampai suhu tertentu yang diperlukan. Meskipun piston tidak dapat bergerak, volume udara di dalam silinder tetap tidak berubah, sedangkan suhu dan tekanan meningkat. Ketika suhu yang dibutuhkan tercapai, pemanasan dihentikan. Pada saat ini, piston “dibebaskan” dan, berkat ini, mulai bergerak keluar tanpa pertukaran panas dengan lingkungan (udara mengembang secara adiabatik). Saat melakukan pekerjaan, udara di dalam silinder didinginkan di bawah suhu yang dicapai sebelumnya. Untuk mengembalikan udara ke keadaan dimana suhunya kembali mencapai nilai yang disyaratkan di atas (dengan piston masih “terbebas”), udara harus dipanaskan. Untuk pemanasan dari luar ini perlu disuplai sekitar 40% (untuk gas diatomik - udara) lagi panas dari yang disuplai selama pemanasan sebelumnya (dengan piston tetap). Dalam contoh ini, jumlah kalor yang disuplai ke silinder dengan piston tetap sebanding dengan , sedangkan jumlah total masukan panas sebanding dengan. Jadi, eksponen adiabatik dalam contoh ini adalah 1,4.
Cara lain untuk memahami perbedaan antara dan adalah bahwa ini berlaku ketika usaha dilakukan pada sistem yang dipaksa untuk mengubah volumenya (yaitu, oleh pergerakan piston yang menekan isi silinder), atau jika usaha dilakukan. pada suatu sistem dengan mengubah suhunya ( yaitu dengan memanaskan gas di dalam silinder, yang memaksa piston untuk bergerak). hanya berlaku jika - dan persamaan ini menunjukkan usaha yang dilakukan oleh gas - sama dengan nol. Mari kita perhatikan perbedaan antara masukan panas dengan piston tetap dan masukan panas dengan piston bebas. Dalam kasus kedua, tekanan gas di dalam silinder tetap konstan, dan gas akan memuai, melakukan kerja di atmosfer, dan meningkatkan energi internalnya (dengan meningkatnya suhu); panas yang disuplai dari luar hanya sebagian digunakan untuk mengubah energi dalam gas, sedangkan sisanya digunakan untuk melakukan usaha oleh gas.
| Eksponen adiabatik untuk berbagai gas | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Laju. | Gas | γ | Laju. | Gas | γ | Laju. | Gas | γ | ||
| −181 °C | jam 2 | 1.597 | 200 °C | Udara kering | 1.398 | 20°C | TIDAK | 1.400 | ||
| −76 °C | 1.453 | 400 °C | 1.393 | 20°C | N2O | 1.310 | ||||
| 20°C | 1.410 | 1000 °C | 1.365 | −181 °C | nomor 2 | 1.470 | ||||
| 100 °C | 1.404 | 2000 °C | 1.088 | 15 °C | 1.404 | |||||
| 400 °C | 1.387 | 0°C | CO2 | 1.310 | 20°C | Cl2 | 1.340 | |||
| 1000 °C | 1.358 | 20°C | 1.300 | −115 °C | bab 4 | 1.410 | ||||
| 2000 °C | 1.318 | 100 °C | 1.281 | −74 °C | 1.350 | |||||
| 20°C | Dia | 1.660 | 400 °C | 1.235 | 20°C | 1.320 | ||||
| 20°C | H2O | 1.330 | 1000 °C | 1.195 | 15 °C | NH3 | 1.310 | |||
| 100 °C | 1.324 | 20°C | BERSAMA | 1.400 | 19 °C | Tidak | 1.640 | |||
| 200 °C | 1.310 | −181 °C | O2 | 1.450 | 19 °C | Xe | 1.660 | |||
| −180 °C | Ar | 1.760 | −76 °C | 1.415 | 19 °C | Kr | 1.680 | |||
| 20°C | 1.670 | 20°C | 1.400 | 15 °C | JADI 2 | 1.290 | ||||
| 0°C | Udara kering | 1.403 | 100 °C | 1.399 | 360°C | Hg | 1.670 | |||
| 20°C | 1.400 | 200 °C | 1.397 | 15 °C | C2H6 | 1.220 | ||||
| 100 °C | 1.401 | 400 °C | 1.394 | 16 °C | dari 3 jam 8 | 1.130 | ||||
Hubungan untuk gas ideal
Untuk gas ideal, kapasitas panasnya tidak bergantung pada suhu. Oleh karena itu, entalpi dapat dinyatakan sebagai dan energi dalam dapat direpresentasikan sebagai . Jadi, kita juga dapat mengatakan bahwa eksponen adiabatik adalah rasio entalpi terhadap energi dalam:
Di sisi lain, kapasitas panas juga dapat dinyatakan melalui eksponen adiabatik () dan konstanta gas universal ():
Meskipun cukup sulit untuk menemukan informasi tentang nilai tabel nilai tabel diberikan lebih sering. Dalam hal ini Anda dapat menggunakan rumus berikut untuk mendefinisikan:
dimana adalah jumlah zat dalam mol.
Hubungan menggunakan derajat kebebasan
Eksponen adiabatik () untuk gas ideal dapat dinyatakan dalam jumlah derajat kebebasan () molekul gas:
atauEkspresi termodinamika
Nilai yang diperoleh dengan menggunakan hubungan perkiraan (khususnya), dalam banyak kasus, tidak cukup akurat untuk perhitungan teknik praktis, seperti perhitungan laju aliran melalui pipa dan katup. Lebih baik menggunakan nilai eksperimental daripada yang diperoleh dengan menggunakan rumus perkiraan. Nilai relasi ketat dapat dihitung dengan menentukan dari properti yang dinyatakan sebagai:
Nilai mudah diukur, sedangkan nilai harus ditentukan dari rumus seperti ini. Lihat di sini ( Bahasa inggris) untuk mendapatkan lebih banyak informasi rinci tentang hubungan antara kapasitas panas.
Proses adiabatik
dimana tekanan dan volume gas.
Penentuan eksperimental nilai indeks adiabatik
Karena proses terjadi dalam volume gas yang kecil selama perjalanan gelombang suara, mendekati adiabatik, indeks adiabatik dapat ditentukan dengan mengukur cepat rambat bunyi dalam gas. Dalam hal ini, indeks adiabatik dan kecepatan suara dalam gas akan dihubungkan dengan persamaan berikut:
dimana eksponen adiabatik; - Konstanta Boltzmann; - konstanta gas universal; - suhu absolut dalam kelvin; - berat molekul; - massa molar.
Cara lain untuk menentukan nilai eksponen adiabatik secara eksperimental adalah metode Clément-Desormes, yang sering digunakan dalam tujuan pendidikan saat mengeksekusi pekerjaan laboratorium. Metode ini didasarkan pada mempelajari parameter massa gas tertentu yang berpindah dari satu keadaan ke keadaan lain melalui dua proses yang berurutan: adiabatik dan isokorik.
Perlengkapan laboratorium mencakup botol kaca yang dihubungkan ke pengukur tekanan, keran, dan bola karet. Bola lampu digunakan untuk memompa udara ke dalam balon. Penjepit khusus mencegah kebocoran udara dari silinder. Pengukur tekanan mengukur perbedaan tekanan di dalam dan di luar silinder. Katup tersebut dapat melepaskan udara dari silinder ke atmosfer.
Biarkan silinder awalnya berada pada tekanan atmosfer dan suhu kamar. Proses melakukan kerja dapat dibagi menjadi dua tahap yang masing-masing meliputi proses adiabatik dan isokorik.
tahap pertama:
Dengan keran tertutup, pompa ke dalam silinder jumlah kecil udara dan klem selang dengan klem. Pada saat yang sama, tekanan dan suhu di dalam silinder akan meningkat. Ini adalah proses adiabatik. Seiring berjalannya waktu, tekanan di dalam silinder akan mulai berkurang karena gas di dalam silinder akan mulai mendingin akibat pertukaran panas melalui dinding silinder. Dalam hal ini, tekanan akan berkurang seiring bertambahnya volume. Ini adalah proses isokhorik. Setelah menunggu hingga suhu udara di dalam silinder sama dengan suhu udara sekitar, kami akan mencatat pembacaan pengukur tekanan.
tahap ke-2:
Sekarang buka ketuk 3 selama 1-2 detik. Udara di dalam balon akan mengembang secara adiabatik hingga mencapai tekanan atmosfer. Pada saat yang sama, suhu di dalam silinder akan menurun. Lalu kita tutup kerannya. Seiring berjalannya waktu, tekanan di dalam silinder akan mulai meningkat karena gas di dalam silinder akan mulai memanas akibat pertukaran panas melalui dinding silinder. Dalam hal ini, tekanan akan meningkat lagi pada volume yang konstan. Ini adalah proses isokhorik. Setelah menunggu hingga suhu udara di dalam silinder sebanding dengan suhu udara sekitar, kami mencatat pembacaan pengukur tekanan. Untuk setiap cabang dari 2 tahap, Anda dapat menulis persamaan adiabatik dan isokore yang sesuai. Hasilnya adalah sistem persamaan yang menyertakan eksponen adiabatik. Perkiraan solusi mereka mengarah pada hal berikut rumus perhitungan untuk nilai yang diinginkan.
