Порядок выполнения работы
Имени академика М.Ф. Решетнева»
(СибГАУ)
КАФЕДРА ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ
Лабораторная работа 1
по курсу «Общий физический практикум»
Цикл Карно
Выполнили:
студенты 2-го курса
группы БФ11-01
Борисова Е. Д.
Шпилькина О. Н.
Батуркина И. В.
Принял
старший преподаватель
Задворный А. Г.
Красноярск 2012
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
· Знакомство с компьютерной моделью, иллюстрирующей цикл Карно в идеальном газе.
· Экспериментальное определение работы, совершенной газом за цикл.
· Экспериментальная проверка теоремы Карно.
Краткие теоретические сведения
Циклом Карно называется круговой процесс, состоящий из двух изотермических процессов или двух адиабатических процессов.
Рабочим телом называется термодинамическая система, совершающая процесс и предназначенная для преобразования одной формы передачи энергии - теплоты или работы - в другую. Например, в тепловом двигателе рабочее тело, получая энергию в форме тепла, часть её передает в форме тепла.
Нагревателем (теплоотдатчиком) называется устройство, сообщающее рассматриваемой термодинамической системе энергию в форме тепла.
Холодильником (теплоприемником) называется система, поглощающая часть тепла работающего тела.
Прямым циклом называется круговой процесс, в котором рабочее тело совершает положительную работу: . На графиках прямой цикл изображается в виде замкнутой кривой, проходимой рабочим телом по часовой стрелке.
Работа любого теплового двигателя состоит из повторяющихся циклов, каждый из которых включает в себя получение рабочим телом энергии от нагревателя, расширение рабочего тела и совершение им работы, передачу части энергии холодильнику и возвращение рабочего тела в исходное состояние. Работа, совершаемая рабочим телом за один полный цикл, складывается из работы, совершенной им при расширении, и работы, совершенной им при сжатии:
(1)
При сжатии газ совершает отрицательную работу, и поэтому формула 1 переписываем в виде:
(2)
При наличии холодильника газ перед сжатием или во время сжатия охлаждается, и потому процесс совершения им работы при сжатии протекает при меньшем давлении, чем при расширении. Поэтому , и, следовательно, А>0.
Рисунок 1 Принцип действия теплового двигателя
Рисунок 2 Цикл Карно
На рисунке 2 изотермическое расширение и сжатие изображены кривыми 1-2 и 3-4, а адиабатическое расширение и сжатие – кривыми 2-3 и 4-1. При изотермическом процессе U=const, поэтому Q1 полученное газом от нагревателя, равно работе расширения А12, совершаемой газом при переходе из состояния 1 в 2:
(3)
При адиабатическом расширение 2-3 теплообмен с окружающей средой отсутствует, и работа расширения 2-3 совершается за счет изменения внутренней энергии газа:
(4)
Количество теплоты Q2, отданное газом холодильнику при изотермическом сжатии, равно работе сжатия А34:
(5)
Работа адиабатического сжатия:
(6)
Работа, совершаемая в результате прямого кругового цикла Карно:
(7)
Тогда термический к.п.д. цикла Карно будет равен:
(8)
Описание экспериментальной установки и методики эксперимента
Установите температуру Т1 и Т2, указанные в таблице 1 по вашему варианту. Для этого нажмите кнопку «ВЫБОР», переместите маркер мыши так, чтобы острие находилось на кнопках регуляторов термометров . Последовательными нажатиями на эти кнопки установите заданные температуры нагревателя и холодильника. Нажмите мышью кнопку «СТАРТ» и наблюдайте перемещение точки по замкнутой кривой цикла Карно. Остановите процесс нажатием кнопки «СТОП» вблизи точки 1, обозначенной на рисунке 2, т.е. в месте перехода изотермического расширения газа в адиабатическое.
Запишите результаты в таблицу 2 значение V2, которое в момент остановки процесса в точке 1 будет обозначено в нижнем прямоугольнике окна опыта.
Аналогичные измерения проведите для точек 3,4,1 и запишите значения объемов газа в таблицу 2.
Установите вторые значения температуры нагревателя и холодильника, и проделайте все измерения по п.п. 2-4 ещё раз. Результаты опытов занесите в таблицу 3.
Порядок выполнения работы
1. Для любой произвольной точки цикла записали значения давления, объёма и температуры, указанные в прямоугольнике окна опыта.
2. С помощью уравнения состояния идеального газа определили число молей газа, находящихся в цилиндре под поршнем.
3. Используя формулы 3,5 и 7 рассчитали Q1, Q2, A и записали эти значения в таблицу 2.
4. По формуле 8 рассчитали к.п.д. цикла Карно и сравнили его со значением, приведенным в окне опыта.
5. Вычислили среднее значение работы цикла Карно и абсолютную погрешность измерения А.
Таблица 1
Значения температуры нагревателя Т1 и холодильника Т2
Таблица 2,3
Результаты измерений
№ измерения
| V1
дм3
| V2
дм3
| V3
дм3
| V4
дм3
| Q1
кДж
| Q2
кДж
| А
кДж
| А
кДж
| n
%
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|