Сделай Сам Свою Работу на 5

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

Номер варианта
Т1
Т2

 

 

Таблица 2,3

Результаты измерений

№ измерения V1 дм3 V2 дм3 V3 дм3 V4 дм3 Q1 кДж Q2 кДж А кДж А кДж n %
                 
                 
                 

 

 



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.