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: