Учебный прибор по термодинамике

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 09 В 23/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4705185/12 (22) 14.06,89 (46) 23.11,91. Бюл. М 43 (71) Харьковский политехнический институт им, В.И,Ленина (72) В,А.Баэакуца, Н.И.Гнидаш, Л.Г.Петренко, В.В.Ушаков, В.С.Савина и Ю,M.Ñ÷àñòëèвенко (53) 681.121 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1430981, кл. G 09 В 23/12, 1987. (54) УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ПО ТЕРМОДИНАМИКЕ (57) Изобретение относится к устройствам для практического освоения термодинами,, Ы„, 1693624 А1 ческих циклов и может быть использовано на лабораторных занятиях и в качестве лекционной демонстрации. Целью изобретения является упрощение конструкции при расширении дидактических возможностей, Отличия заключаются в выполнении герметичного сосуда в виде двух сильфонов 1 и 2 одинакового сечения, причем сильфон 1 через шток 10 обеспечивает отслеживание по шкале 12 угла поворота стержня 7 с рейтером 8, соответствующего уменьшению потенциальной энергии системы из стержня 7 с рейтером 8. Сильфон 2 с регулятором 3 начального обьема обеспечивают необходимую для индивидуальных занятий вариацию начального обьема. 2 ил.

1693624

Изобретение относится к устройствам для практического освоения термодинамических циклов и может быть использовано на лабораторных занятиях и в качестве лекционной демонстрации.

Целью изобретения является упрощение конструкции при расширении дидактических возможностей.

На фиг.1 представлена схематическая конструкция прибора; на фиг.2 — диаграмма, поясняющая расчет показателя адиабаты по измеренным давлениям.

Прибор состоит из основного сильфона

1, вспомогательного сильфона 2, регулятора

3 начального объема.газа в,сильфонах 1 и 2, образующих совместно герметичный сосуд, манометра 4, измеряющего избыточное давление в сильфонах, вентиля 5 для впуска исследуемого газа, например атмосферного воздуха, шарнира 6, на котором укреплен стержень 7, несущий тело-рейтер 8, которое закрепляется на стержне 7 винтом 9, штока

10, защелки 11 для укрепления рычага 7 в начальном положении, вертикальной шкалы 12, проградуированной по углу ротклонения стержня рычага 7 ат горизонтали, а также подвижного фиксатора 13 свободного конца стержня рычага 7, При отклонении горизонтального стержня рычага 7 на угол о потенциальная энергия системы сжатия уменьшается на величину

AW= (M — + mx } g з1п р, (1)

L, 2 где M — масса стержня;

m — масса тела-рейтера;

L — длина стержня, х — расстояние тела-рейтера до шарнира 6.

При остановке стержня в крайнем нижнем положении убыль ЛМ/ потенциальной энергии равна сумме потенциальной энергии, приобретенной основн ым сил ьфоном 1, и работе А, затраченной на сжатие газа (треЪ нием в шарнире пренебрегаем):

A W= ЛW, + А; (2)

VÜ

А= JPdV, (3)

Va где P — давление; Va, Чб — соответственно начальный и конечный объемы газа в основном 1 и дополнительном 2 сильфонах.

Корреляция Л0/с с углом поворота р устанавливается путем предварительной градуировки, Если не требуется высокая точность, энергией ЛWp можно вообще пренебречь па сравнению с работой А, Прибор работает следующим образом.

Перед проведением опытов фиксируют стержень 7 в горизонтальном положении

\ б Va = Ях з}п Рмакс (4)

Изменение давления (Рб — Pp) регистрируется манометром 4, После адиабатическо40 га сжатия (фиг.2, переход а — б) газ изохорически охлаждается до комнатной температуры и его давление становится равным Рс (фиг.2, переход б — с). Соатояния

"а" и "с" соответствуют одинаковой темпеаатуре, поэтому

PaVa = РбЧб

PaVa = P с б (5) где у — показатель адиабаты, Поскольку начальное давление Ра равно атмосферному Ро, из (5) получим

}Ярб 19 о

У

19 Рс }g Ро (6) Таким образом, для определения показателя адиабаты достаточно измерить только два избыточных давления.

Конечное давление газа в адиабатическом процессе существенно зависит от рас(p = 0 ) при помощи защелки 11, открывают вентиль 5; устанавливают при помощи регулятора 3 обьема начальный объем а=S } a, 5 где S — площадь сечения сильфанов 1 и 2;

° ha — начальная высота (фиг,1), наполняют сильфоны 1 и 2 газом, например атмосферным воздухам, закрывают вентиль

5, закрепляют при помощи винта 9 тело-рей10 тер 8 на стержне рычага 7 на расстоянии х от шарнира 6, опускают фиксатор 13 в крайнее нижнее положение, Для выполнения опытов по изучению адиабатического процесса и определения

15 показателя адиабаты исследуемого газа отпускают стержень 7 защелкой 11. Шток 10 начнет опускаться, сжимая гаэ в сильфонах

1 и 2 от атмосферного давления Рр до конечного давления Рб (фиг,2). Из-эа быстрого

20 опускания тела-рейтера 8 процесс сжатия газа близок к адиабатическому, при этом скорость движения указателя стержня 7 по вертикальной шкале 12 вначале возрастет, а после достижения объема V (фиг.2) начиI

25 нает убывать и становится равной нулю, когда указатель стержня опустится в крайнее нижнее положение, В этот момент выполняется соотношение (2) и всю систему сжатия стопорят при помощи подвижного фиксато30 ра 13, Для удобства измерений желательно определить угол р с в предварительном опыте, не применяя фиксатор 13, а в контрольном опыте установить фиксатор на деление Ъ кс шкалы 12, Полученное изме35 нение объема газа определяется по формуле

1693624

Составитель В.Варламов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Э.Лончакова

Редактор С.Пекарь

Заказ 4079 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул.Гагарина, 101 стояния х тела-рейтера до шарнира 6 (соотношение (1) и фиг. 1). Увеличивая х и выполняя для каждого х описанные операции, получают экспериментальную адиабату. Отсюда легко определить показатель ) вто- 5 рым методом, используя уравнение

Пуассона для адиабаты„

РФ = РгЧг (Л и любую пару точек на диаграмме.

Для построения диаграммы давление — 10 объем в изотермическом процессе фиксатором 13 не пользуются. Для каждого xi регистрируют показания Pi манометра 4 и угол р после того, как прекратятся колебания 15 стержня 7 и газ в сильфонах окажется в термодинамическом равновесии с окружающей средой. Изменение объема определяют по формуле (4). Экспериментальные изотермы и адиабаты (фиг.2) позволяют про- 20 верить важные термодинамические соотношения (1) — (3), Прибор обладает расширенными дидактическими возможностями, поскольку позволяет варьировать начальный объем га- 25 за и исследовать зависимость давления от объема в изотермическом процессе, сопоставлять работу в изотермическом и адиабатическом процессах при заданном начальном объеме, исследовать процесс превращения механической энергии во внутреннюю (тепловую) энергию газа.

Формула изобретения

Учебный прибор по термодинамике, со-, держащий вертикально расположенный герметичный сосуд для исследуемого газа с подвижным элементом и двумя камерами, одна из которых связана с системой сжатия исследуемого газа, индикаторы избыточного давления и степени сжатия исследуемого газа, отл ич а ю щий с я тем,что,c целью упрощения конструкции при расширении дидактических возможностей, камеры герметичного сосуда выполнены в виде взаимосвязанных сильфонов, причем с системой сжатия через подвижный элемент соединен первый сильфон, а система сжатия выполнена в виде шарнирно закрепленного с возможностью вращения в вертикальной плоскости стержня, на котором установлен рейтер с возможностью перемещения и фиксации, а индикатор степени сжатия выполнен в виде вертикальной шкалы, снабженной фиксатором, установленным с возможностью перемещения по ней.