Ќазаќстан республикасыныѕ білім министрлігі

ТӘЖІРИБЕНІ ЖҮРГІЗУ РЕТІ

Кернеудің жаңа мәнін орнатып, тәжірибені қайталау керек. Өлшеулер нәтижелерін бақылаулар протоколына еңгізу керек (1 кесте).

Бұдан былайғы есептеулердің бәрінде тәжірибе уақытында алынған параметрлердің орташа мәндерін пайдаланған жөн.
Бақылаулар протоколы

1 кесте

ӨЛШЕМДЕР НӘТИЖЕЛЕРІН ӨҢДЕУ

Q_ЭЛ = U_Қ·I·τ, Дж (7)

Барлық қыздырғышта бөлінген жылу мөлшері ауаны қыздыруға кетері және көлемдік шығын Vτ өлшенеді деп санап; изобаралық жылу сыйымдылығын келесі формула бойынша есептейміз:

Мұндағы V_Қ – физикалық қалыпты жағдайларға (Т₀ = 273,15 К және Р₀ =101325 Па) келтірілген ауаның көлемдік шығыны, м³.

V_Қ шамасы, ауа идеал газ күйінің теңдеуіне бағынады деген жорамалдаумен анықталады:

P_O ·V_Қ /T_O = P · Vτ /T,

мұндағы Р - тәжірибе барысындағы ауаның атмосфералық қысымы, Па;

Т – лабораториядағы ауаның температурасы, К. Калориметрдің кіре берісіндегі термометрдің көрсетуімен анықталады; Vτ – калориметр арқылы өткен ауаның көлемдік шығыны, м³, ол газ санағышының көрсетуімен анықталады.

Осыдан

V_Қ = P · Vτ ·T_O/(T·P_О). (9)

С_Р = С_Р¹·22.4/μ кДж/(кг·К) (10)

Лабораториялық жұмыс бойынша есеп беру үшін:

1. 
   жұмыс мақсаты;
   
2. 
   тәжірибелік құрылғының сызбанұсқасы;
   
3. 
   бақылаулар протоколы;
   
4. 
   есептеулер нәтижесі керек.
   

БАҚЫЛАУ СҰРАҚТАРЫ

1. 
   Жылу сыйымдылығының анықтамасын беріңіз.
   
2. 
   Орташа және ақиқат жылу сыйымдылығы дегеніміз не?
   
3. 
   Өлшем бірліктеріне байланыстыжылу сыйымдылықтарының қандай түрлерін ажыратады.
   
4. 
   Майер теңдеуін жазыңыз.
   
5. 
   Изохоралықтан изобаралық жылу сыйымдылық неліктен көп?
   
6. 
   Газдағы атом санының артуы мен жылу сыйымдылық қалай өзгереді?
   
7. 
   Калориметрдің кіре берісіндегі және шығысындағы температуралар айырмасы қалай анықталады?
   
8. 
   Берілген жұмыста жылудың қоршаған ортаға кететін шығыны ескеріле ме?
   

Лабораториялық жұмыс ТД – 2

АУАМЕН ИЗОХОРАЛЫҚ ПРОЦЕСТІ ЗЕРТТЕУ

Жұмыс мақсаты: Жылу берілетін изохоралық процесс үшін қысымның өзгеруіне байланысты температураның өзгеруін анықтау, процестің негізгі сипаттамасын анықтау.
ТЕОРИЯЛЫҚ МАҒЛҰМАТТАР
Изохоралық процеске жабық ыдыстағы газдың қыздырылуы немесе салқындатуы мысал бола алады. Процесс теңдеуі мынандай v=const.

1 – 2 процесіндегі газдың параметрлерінің арасындағы қатынас мынадай:

Р₂/Р₁ = Т₂/Т₁ (1)

Яғни, изохоралық процесте газдың қысымы абсолют температураға пропорционал өзгереді.

Өйткені v=const онда dv=0 және l=p·dv=0; нәтижесінде тұрақты көлемде өтетін процестерде сыртқы жұмыс жасалмайды, яғни газға берілетін жылу тек ΔU ішкі энергияның артуына жұмсалады:

Q = ΔU = M·C_V(T₂-T₁) (2)

мұндағы М – газдың массасы; C_V – оның изохоралық жылу сыйымдылығы.

Изохоралық процесте энергияның өзгеруі мынандай формуламен есептеледі:

ΔS = S₂ –S₁ = M·C_V· ln(T₂-T₁) (3)

P – v координаттарында изохора деп аталатын v=const теңдеудің графигі вертикаль орналасады (1 сурет). 1 бастапқы күйдегі газға жылу берілгенде, оның күйінің өзгеруі сызықпен 1 – 2 бейнеленеді (қысым артады).

T – S диаграммасында (3) теңдеуге сәйкес изохора логарифмдік қисықпен бейнеленеді (1 сурет), ол жылу берілу процесінде газдың температурасымен энтропиясын бір мезгілде артуын бейнелейді. Изохора астындағы аудан процесс жылуына сәйкес (берілген жағдайда Q>0)болады.
1. сурет. Изохоралық процестегі күйдің өзгеруінің процестері.

ТӘЖІРИБЕЛІК ҚҰРЫЛҒЫНЫҢ СИПАТТАМАСЫ

ТӘЖІРИБЕНІҢ ОРЫНДАЛУ РЕТІ

Бақылаулар протоколы 1 кесте

ӨЛШЕМДЕР НӘТИЖЕСІН ӨҢДЕУ

1. 
   Қыздырғыш бөліп шығарған толық жылу мөлшері анықталады, кДж
   

мұндағы U_Қ - қыздырғыш тізбегіндегі кернеу;

I – тоқ күші; τ – тәжірибе уақыты;

2. 
   Резервуардағы ауаның массасы, кг
   

мұндағы Р₁- резервуадағы бастапқы абсолют қысым,

Р₁ = 1 кгс/см² = 98,07 кПа = 735,6 мм санап бағанасымен деп қабылданады; V – резервуар көлемі, V = 5дм³;

R – ауаның газ тұрақтысы, R = 287 Дж/(кг·К);

Т₁ – резервуардағы ауаның бастапқы температурасы.

3. 
   Процестің соңындағы қысым
   

мұндағы Р_а – манометрмен өлшенген артқан қысым, кгс/см².

4. 
   Ауаның шексіз температурасы
   

5. 
   Ауаның орташа изохоралық жылу сыйымдылығы, кДж/(кг·К)
   

мұндағы t₁, t₂ – ауаның бастапқы және шектік температурасы, ⁰С.

6. 
   Ауаны қыздыруға кеткен процестің жылуы, кДж
   

7. 
   Энтропияның өзгеруі
   

Лабораториялық жұмыс бойынша есеп беру үшін:

5. 
   жұмыс мақсаты;
   
6. 
   тәжірибелік құрылғының сызбанұсқасы;
   
7. 
   бақылаулар протоколы;
   
8. 
   есептеулер нәтижесі керек.
   

БАҚЫЛАУ СҰРАҚТАРЫ

1. 
   Изохоралық процесс деп нені айтамыз?
   
2. 
   Изохоралық процесстің теңдеуін жазыңыз.
   
3. 
   Изохоралық процестегі температура мен қысым арасындағы байланыс қандай?
   
4. 
   Изохоралық процесте газ жұмыс жасай ма?
   
5. 
   P – v және T – S диаграммаларында жабық ыдыстағы газдың салқындату процесін бейнелеңдер.
   
6. 
   T – S диаграмманың көмегімен изохоралық процестің жылуын қалай анықтауға болады?
   

Лабораториялық жұмыс ТД – 3

1 – ші суретте бу үшін жұмыстың (фазалық) диаграмма бейнеленген. КМ қисығы қаныққан сұйық сызығы деп, өзгеше – сол жақ шекара қисығы деп аталады. КN сызығы құрғақ қаныққан бу сызығы, өзгеше - оң жақ шекара қисығы деп аталады.

Сол жақ және оң жақ шекара қисықтары P – v диаграммасын бірнеше аудандарға бөледі. КМ сызығының сол жағындағы барлық нүктелер, температурасы қайнау температурасынан төмен, яғни қаныққан сұйық күйлеріне сәйкес келеді. Шекаралық сызықтар арасындағы аудан ылғалды қаныққан бу күйіне сәйкес келеді, ал оң жақ шекаралық қисықтың үстіңгі жағы мен оң жағы қызған бу күйіне, яғни сол қысымдағы температурасы қайнау температурасынан жоғары, сәйкес келеді. P – v диаграммасында булану процесі ab сызығымен бейнеленген. а нүктесі қаныққан сұйық күйіне сәйкес, оның меншікті көлемі v¹ – пен белгіленеді, b нүктесі құрғақ қаныққан бу күйіне сәйкес, оның меншікті көлемі - v¹¹.

Су буының маңызды энергетикалық параметрінің бірі болып булану жылуы табылады. Тұрақты қысымда 1 кг қаныққан сұйықты, құрғақ қаныққан бу күйіне айналдыру үшін қажет болатын жылу мөлшері,

Булану жылуын өлшеу, қайнау және конденсация әдісі мен жүргізіле алады. Булану жылуын қайнау әдісімен анықтау, қайнап жатқан сұйыққа белгілі бір жылу мөлшерін бергенде пайда болған, құрғақ қаныққан бу мөлшерін өлшеуге негізделген. Конденсация әдісін пайдаланғанда, құрғақ будың белгілі бір бөлігі калориметрге бағытталады, онда сол бу конденсацияланғанда бөлініп шыққан жылу мөлшері өлшенеді.

1 сурет. Бу үшін жұмыстық диаграмма.

Ирек түтіктен құрғақ қаныққан бу 6 құбыр арқылы 7 конденсаторға келеді, ол су құбырдағы сумен суытылады. Конденсат өлшеуіш цилиндрға 8 (мензуркаға) жиналады. Конденсатты алу уақыты секундометрмен анықталады.

ТӘЖІРИБЕНІҢ ОРЫНДАЛУ РЕТІ.

Сосын құрылғының қалыптасқан жұмыс тәртібінде конденсат мөлшерлерінің дәл мөлшерлерін алу қажет.

Ол үшін τ₁ уақыт аралығында (мысалы 5-10 мин) өлшеуіш цилиндға конденсат жинау керек. Алынған конденсат мөлшері m₁ , τ₁ уақыт аралығында осы тәртіпте пайда болатын будың мөлшері болып табылады, өзгеше айтсақ құрылғының «жүрісі» делінеді.

Құрылғының «жүрісін» өлшегеннен кейін, калориметрлік қыздырғышты қосу қажет – алдыңғы тәртіпке қарағанда, пайда болатын конденсат мөлшері 2 есе артады. Өлшеулерді мензура бөліктері бойынша жүргізу керек. Бұдан былай қалыптасқан тәртіпке жетуді бақылау керек. Ондай тәртіп орнағанда, m₂ конденсат мөлшерін дәл өлшеу керек, конденсатты τ₂ = τ₁ уақыт аралығында өлшеуіш цилиндрға жинайды.

m₁ және m₂ өлшеулер дәлдігін арттыру үшін, конденсатты өлшеу және жинау жұмыстарын, алдын ала өлшенген шыны бюкстарда жүргізеді. Сол кезде әрбір 2 минут сайын калориметрлік қыздырғышқа жалғанған амперметр және вольтметр көрсетулерін жазып отыру қажет. Конденсат жинауды аяқтағаннан кейін, калориметрлік қыздырғышты өшіреді және m₃ құрылғының «жүрісін» өлшеуді қайта қайталайды. Осымен тәжірибе аяқталады.

ӨЛШЕМДЕР НӘТИЖЕСІН ӨҢДЕУ

m_х = (m₁+ m₃)/2 (1)

Тәжірибенің I және III кезеңдерінде тек бір негізгі қыздырғыш жұмыс істейді. Бұл кезде, τ₁ = τ₃ өлшеу уақытында, қыздырғыштан келетін жылу белгілі – бір мөлшерде будың пайда болуына және қоршаған ортаға кетуіне q_П жұмсалады:

Q_X = r· m_х + q_П (2)

мұндағы r – ізделініп отырған булану жылуы, кДж/кг.

I-шi кезеңде екі қыздырғыш жұмыс істейді – негізгі және калориметрлік. Сонда қоршаған ортаға кететін жылу τ₁ = τ₂ уақытта өзгеріссіз қалды және q_П – ға тең, өйткені калориметрлік қыздырғышты қосқанда тек пайда болатын будың мөлшері ғана өзгереді, ал оның температурасы мен ыдыстың температурасы өзгеріссіз қалды. Сонда τ₁ = τ₂ уақыт үшін:

Q_X + Q_K = r· m₂ + q_П (3)

мұндағы Q_K - τ₂ уақытта калориметрлік қыздырғыштан келетін жылу, кДж

(2) мен (3) – ден:

Q_K = r(m₂ – m_х) (4)

Яғни жылу тек

m_K = m₂ - m_X (5)

мөлшердегі будың пайда болуына жұмсалады. Бұдан булану жылуы:

r = Q_K/m_K (6)

Калориметрлік қыздырғыштан келетін жылу мөлшері былайша есептеліне алады:

Q_K = I ·U_K ·τ₂/1000 (7)

Мұндағы I – қыздырғыш бойымен ағатын тоқ күші, А;

U_K – вольтметр көрсеткіші, В;

τ₂ - өлшеу уақыты, с;

r – дың алынған мәнін кестелік мәнмен салыстыру қажет.

Лабораториялық жұмыс бойынша есеп беру үшін:

1. 
   жұмыс мақсаты;
   
2. 
   тәжірибелік құрылғының сызбанұсқасы;
   
3. 
   есептеулер нәтижесі керек.
   

БАҚЫЛАУ СҰРАҚТАРЫ

1. 
   Бу үшін жұмыс диаграммасын бейнелеңіз және диаграммадағы аудандарды сипаттап беріңіз
   
2. 
   Құрғақ қаныққан бу, қаныққан сұйық және қызған бу дегеніміз не?
   
3. 
   Булану жылуының анықтамасын беріңіз.
   
4. 
   Pv – диаграммада булану процессін бейнелеңіз.
   
5. 
   Қандай тәжірибелік әдістер булану жылуын анықтауға қызмет етеді, олардың мәні неде?
   
6. 
   Тәжірибелік құрылғының құрылысы мен жұмыс принціпін айтып беріңіз.
   

Лабораториялық жұмыс ТД – 4

Жұмыс мақсаты: Кептіру қондырғысындағы өтетін процестерді және ылғалды ауа күйлерін зерттеу.

ТЕОРИЯЛЫҚ НЕГІЗДЕР

Әдетте ауада су буы түрінде, қандай да бір мөлшерде ылғал болады. Құрғақ ауамен су буының осындай қоспасын ылғалды ауа деп атайды.

Ылғалды ауаға байланысты, көптеген есептеулер жағдайында, қалыпты атмосфералық қысымға таяу қысымдар алынады және ондағы парциал қысым бу үшін көп емес, сондықтан ылғалды ауаға идеал газ заңдары қажетті дәлдікпен қолданыла алады:

Идеал газдар күйінің негізгі теңдеуі

p·V = m·R_O·T;

Дальтон заңы

Р = Р_а + Р_б

мұндағы Р – ылғалды ауаның қысымы; Р_а – құрғақ ауаның парциал қысымы; Р_б – су буының парциал қысымы;

Су буының массасының ылғалды ауа көлеміне қатынасын абсолют ылғалдылық деп атайды:

ρ_б = m_б /V_ЫА

мұндағы m_б – су буының массасы, кг; V_ЫА – ылғалды ауаның көлемі, м³.

Берілген температурадағы ауаның абсолют ылғалдылығының, оның сол температурада мүмкін болатын максимал абсолют ылғалдылығына қатынасын салыстырмалы ылғалдылық деп атайды

φ = ρ_б/ ρ_max

d = m_б /m_а

Бұл теңдеуді мына түрге келтіруге болады:

d = 622·Р_б/(Р - Р_б).

Ауаны тұрақты ылғалда, қаныққан (φ = 100%) болуы үшін, салқындату керек болған температураны, шық нүктесі деп атаймыз.

Ылғады ауаның энтальпиясы су буы мен құрғақ ауаның энталпияларының қосындысы ретінде анықталады

i = i_а + i_б · d

Ылғалды ауамен өтетін процестердің техникалық есептеулерін, белгілі қысымға арнап салынған ылғалды ауаның i, d- диаграммасы бойынша жүргізіледі. i, d – диаграммадағы (1, а сурет) координат осьтерінің арасындағы бұрыш 135⁰. i, d – диаграммамен анықтала алатын негізгі процестер 1, б суретте көрсетілген. Ауаның күйі қандай да бір екі параметрмен анықталады (мысалы, А нүктесі белгілі болатын φ және t нүктелерінің қиылысында жатыр). Диаграммадағы шық нүктесінің орны d=const мен φ=100% (В нүктесі) сызықтарының қиылысуымен анықталады. Ауаның шық нүктесінен төмен салқындатылуы φ=100% - пен жүретін сызығымен бейнеленген. Бұл процесс (В-В¹) ылғалдылықтың азаюымен қатар жүреді, өйткені ауадан ылғал шығады. Ауаның қыздырылуы d=const кезінде жүреді. (А-С сызығы)

а-салынуы, б-негізгі процестер.

Ылғалмен қанығу процесі i = const (А – D сызығы) болғанда өтеді. Буды еңгізу арқылы ауаны ылғалдандыруға, ауаның (i₂, d₂) жаңа күйі араласу процесінің жылулық және материялдық балансының (i₁, d₁) бастапқы күйімен анықталады.
d₂ = d₁ + d_б
1,б суретте штрихталған сызықтар мен А ылғалды ауаның күйі үшін. Р_б парциал қысымның анықталу реті көрсетілген.

ТӘЖІРИБЕЛІК ҚОНДЫРҒЫНЫҢ СИПАТТАМАСЫ

Калорифер 2 ішекке кішірек диаметрлі құбыр 8 орнатылған, металды қабаттан 9 тұрады; 8 құбырдың ішінде: 7 фарфор құбырға орнатылған нихром сым 6 болып табылады, электрлік қыздырғыш орнатылған. Қоршаған ортаға жылуды жоғалтуды азайту үшін, ауа алдымен 8 құбыр мен 9 қабат арасындағы дөңгелек саңылаудан өтеді, сосын қыздырғышты айнала ағып жоғары көтеріледі. Қыздырылған ауа жалғастырушы түтік арқылы кептіруші камераға 3 келеді.

Кептіруші камера 5 корпустан тұрады, оның ішінде кептірілуі керек болатын, ылғалданған шыт бұлмен 10 жабылған қанқа орналасқан.

Ауаның жұмсалуы 11 есептеуішпен, электр қыздырғышқа жұмсалатын қуат 12 трансформатормен және вольтметр, амперметр 13–пен реттеліп, өлшенеді.

2 сурет. Кептіруші қондырғының құрылысы.