Банк рефератов содержит более 364 тысяч рефератов, курсовых и дипломных работ, шпаргалок и докладов по различным дисциплинам: истории, психологии, экономике, менеджменту, философии, праву, экологии. А также изложения, сочинения по литературе, отчеты по практике, топики по английскому.
Полнотекстовый поиск
Всего работ:
364141
Теги названий
Разделы
Авиация и космонавтика (304)
Административное право (123)
Арбитражный процесс (23)
Архитектура (113)
Астрология (4)
Астрономия (4814)
Банковское дело (5227)
Безопасность жизнедеятельности (2616)
Биографии (3423)
Биология (4214)
Биология и химия (1518)
Биржевое дело (68)
Ботаника и сельское хоз-во (2836)
Бухгалтерский учет и аудит (8269)
Валютные отношения (50)
Ветеринария (50)
Военная кафедра (762)
ГДЗ (2)
География (5275)
Геодезия (30)
Геология (1222)
Геополитика (43)
Государство и право (20403)
Гражданское право и процесс (465)
Делопроизводство (19)
Деньги и кредит (108)
ЕГЭ (173)
Естествознание (96)
Журналистика (899)
ЗНО (54)
Зоология (34)
Издательское дело и полиграфия (476)
Инвестиции (106)
Иностранный язык (62791)
Информатика (3562)
Информатика, программирование (6444)
Исторические личности (2165)
История (21320)
История техники (766)
Кибернетика (64)
Коммуникации и связь (3145)
Компьютерные науки (60)
Косметология (17)
Краеведение и этнография (588)
Краткое содержание произведений (1000)
Криминалистика (106)
Криминология (48)
Криптология (3)
Кулинария (1167)
Культура и искусство (8485)
Культурология (537)
Литература : зарубежная (2044)
Литература и русский язык (11657)
Логика (532)
Логистика (21)
Маркетинг (7985)
Математика (3721)
Медицина, здоровье (10549)
Медицинские науки (88)
Международное публичное право (58)
Международное частное право (36)
Международные отношения (2257)
Менеджмент (12491)
Металлургия (91)
Москвоведение (797)
Музыка (1338)
Муниципальное право (24)
Налоги, налогообложение (214)
Наука и техника (1141)
Начертательная геометрия (3)
Оккультизм и уфология (8)
Остальные рефераты (21692)
Педагогика (7850)
Политология (3801)
Право (682)
Право, юриспруденция (2881)
Предпринимательство (475)
Прикладные науки (1)
Промышленность, производство (7100)
Психология (8693)
психология, педагогика (4121)
Радиоэлектроника (443)
Реклама (952)
Религия и мифология (2967)
Риторика (23)
Сексология (748)
Социология (4876)
Статистика (95)
Страхование (107)
Строительные науки (7)
Строительство (2004)
Схемотехника (15)
Таможенная система (663)
Теория государства и права (240)
Теория организации (39)
Теплотехника (25)
Технология (624)
Товароведение (16)
Транспорт (2652)
Трудовое право (136)
Туризм (90)
Уголовное право и процесс (406)
Управление (95)
Управленческие науки (24)
Физика (3462)
Физкультура и спорт (4482)
Философия (7216)
Финансовые науки (4592)
Финансы (5386)
Фотография (3)
Химия (2244)
Хозяйственное право (23)
Цифровые устройства (29)
Экологическое право (35)
Экология (4517)
Экономика (20644)
Экономико-математическое моделирование (666)
Экономическая география (119)
Экономическая теория (2573)
Этика (889)
Юриспруденция (288)
Языковедение (148)
Языкознание, филология (1140)

Учебное пособие: Методические указания к лабораторным работам №1,2,3 для студентов физико-технического факультета Екатеринбург 1993

Название: Методические указания к лабораторным работам №1,2,3 для студентов физико-технического факультета Екатеринбург 1993
Раздел: Остальные рефераты
Тип: учебное пособие Добавлен 02:06:36 16 марта 2012 Похожие работы
Просмотров: 11 Комментариев: 0 Оценило: 0 человек Средний балл: 0 Оценка: неизвестно     Скачать

Ãîñóäàðñòâåííûé êîìèòåò Ðîññèéñêîé ôåäåðàöèè ïî âûñøåìó îáðàçîâàíèþ

ÓÐÀËÜÑÊÈÉ ÃÎÑÓÄÀÐÑÒÂÅÍÍÛÉ ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÈÉ ÓÍÈÂÅÐÑÈÒÅÒ- ÓÏÈ

ÒÅÐÌÎÄÈÍÀÌÈÊÀ

Ìåòîäè÷åñêèå óêàçàíèÿ ê ëàáîðàòîðíûì ðàáîòàì ¹ 1,2,3 äëÿ ñòóäåíòîâ ôèçèêî-òåõíè÷åñêîãî ôàêóëüòåòà

Åêàòåðèíáóðã 1993

ÓÄÊ 536.7

Ñîñòàâèòåëè Ã.Ï.Íèêîëàåâ, À.ß.Êóïðÿæêèí, Í.Í.Àëåêñååíêî

Íàó÷íûé ðåäàêòîð äîö., êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê. À.Ý.Ëîéêî

ÒÅÐÌÎÄÈÍÀÌÈÊÀ. Ìåòîäè÷åñêèå óêàçàíèÿ ê ëàáîðàòîðíûì ðàáîòàì ¹ 1,2,3 / Ã.Ï.Íèêîëàåâ, À.ß.Êóïðÿæêèí, Í.Í.Àëåêñååíêî. Åêàòåðèíáóðã: ÓÃÒÓ-ÓÏÈ, 1993. 43 ñ.

Äàíû ìåòîäè÷åñêèå óêàçàíèÿ ê òðåì ëàáîðàòîðíûì ðàáîòàì ïî êóðñó "Òåðìîäèíàìèêà". Ïðèâîäÿòñÿ îïèñàíèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ óñòàíîâîê äëÿ èçìåðåíèÿ êðèòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ äâóîêèñè óãëåðîäà, äàâëåíèÿ íàñûùåííîãî ïàðà æèäêîñòè, òâåðäîãî òåëà è òåïëîåìêîñòè êðèñòàëëè÷åñêèõ òåë.

Áèáë.: 11 íàçâ. Ðèñ.10. Ïðèë.3.

Óðàëüñêèé ãîñóäàðñòâåííûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò-ÓÏÈ, 1993

Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà N 1

ÎÏÐÅÄÅËÅÍÈÅ ÊÐÈÒÈ×ÅÑÊÈÕ ÏÀÐÀÌÅÒÐΠÄÂÓÎÊÈÑÈ ÓÃËÅÐÎÄÀ

Èññëåäîâàíèå êðèòè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ âåùåñòâà íåîáõî-äèìî íå òîëüêî ñ ïðèêëàäíîé òî÷êè çðåíèÿ, íî èìååò è áîëüøîå òåîðåòè÷åñêîå çíà÷åíèå. Îñîáåííîñòè ïîâåäåíèÿ âåùåñòâà âáëèçè êðèòè÷åñêîé òî÷êè ñèñòåìû æèäêîñòü-ïàð îïðåäåëåííûì îáðàçîì õàðàêòåðèçóþò ñòðóêòóðó âåùåñòâà è ïîçâîëÿþò ïîëó÷èòü èíòåðåñíûå ñâåäåíèÿ î ñèëàõ ìåæìîëå-êóëÿðíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ.

1. ÊÐÈÒÈ×ÅÑÊÎÅ ÑÎÑÒÎßÍÈÅ

Êðèòè÷åñêàÿ òåìïåðàòóðà ÷èñòûõ âåùåñòâ ìîæåò áûòü îïðåäåëåíà êàê ìàêñèìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà, ïðè êîòîðîé æèäêàÿ è ïàðîâàÿ ôàçû åùå ìîãóò ñîñóùåñòâîâàòü â ðàâíîâå-ñèè. Äàâëåíèå ïàðîâ ïðè ýòîé òåìïåðàòóðå íàçûâàåòñÿ êðè-òè÷åñêèì äàâëåíèåì è îáúåì åäèíèöû ìàññû âåùåñòâà - êðè-òè÷åñêèì îáúåìîì.

Óïðîùåííîå ïðåäñòàâëåíèå î êðèòè÷åñêîé òî÷êå ìîæíî ïîëó÷èòü íà îñíîâå ðàññìîòðåíèÿ êèíåòè÷åñêîé îáñòàíîâêè â æèäêîé ôàçå. Ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ ïðèòÿæåíèÿ ìîëåêóë, îáóñëàâëèâàþùàÿ ñóùåñòâîâàíèå æèäêîé ôàçû, óðàâíîâå-øèâàåòñÿ â íåêîòîðîé ñòåïåíè êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèåé ìîëåêóë. Ïîñëåäíÿÿ ñòðåìèòñÿ ðàññåÿòü õàîòè÷åñêè âñå ÷àñòèöû. Òàêèì îáðàçîì, äàâëåíèå ïàðîâ åñòü ðåçóëüòàò òîãî, ÷òî íåêîòîðûå èç ìîëåêóë æèäêîñòè èìåþò äîñòàòî÷íî âûñîêóþ êèíåòè÷åñêóþ ýíåðãèþ, ÷òîáû âûðâàòüñÿ èç ïîëÿ äåéñòâèÿ ñèë ñöåïëåíèÿ æèäêîñòè. Ñ âîçðàñòàíèåì òåìïå-ðàòóðû æèäêîñòè óâåëè÷èâàåòñÿ êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ìîëåêóë, îäíàêî ýòî ìàëî äåéñòâóåò íà ñèëû ñöåïëåíèÿ. Òåìïåðàòóðà, ïðè êîòîðîé ñðåäíÿÿ êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ìîëåêóë ñòàíîâèòñÿ ðàâíîé ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè ïðèòÿæå­íèÿ, íàçûâàåòñÿ êðèòè÷åñêîé òåìïåðàòóðîé, âûøå ýòîé òåìïå-ðàòóðû ñóùåñòâîâàíèå æèäêîé ôàçû íåâîçìîæíî.

Êðèòè÷åñêîå ñîñòîÿíèå âåùåñòâà ìîæíî íàãëÿäíî èëëþ-ñòðèðîâàòü â êîîðäèíàòàõ P-V , T-S è P-Ò. Íà äèàãðàììå P-V ôàçîâîãî ðàâíîâåñèÿ æèäêîñòü-ïàð (ðèñ.1.1) òî÷êà ïåðåãèáà Ê èçîòåðìû Òê ÿâëÿåòñÿ êðèòè÷åñêîé, à êîîðäèíàòû åå (Òê,Ðê,Vê) - êðèòè÷åñêèìè ïàðàìåòðàìè âåùåñòâà. Êðèòè÷å-ñêàÿ òî÷êà õàðàêòåðèçóåòñÿ óñëîâèÿìè, îïðåäåëÿþùèìè òî÷êó ïåðåãèáà ñ ãîðèçîíòàëüíîé êàñàòåëüíîé [1],[2]:

. (1.1)

Ïðè òåìïåðàòóðàõ Ò>Òê (Ð>Pê) âåùåñòâî îäíîðîäíî, ïîâåðõíîñòü ðàçäåëà îòñóòñòâóåò. Ïðè òåìïåðàòóðàõ Ò<Òê (Ð<Ðê) âåùåñòâî íàõîäèòñÿ â îäíîôàçíîì èëè äâóõôàçíîì ñîñòîÿíèÿõ. Ñëåâà îò îáëàñòè, îãðàíè÷åííîé áèíîäàëüþ è êðèòè÷åñêîé èçîòåðìîé, ëåæèò îáëàñòü æèäêîé ôàçû, ñïðàâà - îáëàñòü ãàçîîáðàçíîé ôàçû.

Âíóòðè îáëàñòè, îãðàíè÷åííîé áèíîäàëüþ, îáû÷íî âå-ùåñòâî íàõîäèòñÿ â äâóõôàçíîì ñîñòîÿíèè æèäêîñòü - íàñû-ùåííûé ïàð. Ïåðåõîä èç æèäêîãî â ïàðîîáðàçíîå ñîñòîÿíèå ïðàêòè÷åñêè îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðè Ð=const (ãîðèçîíòàëüíûé ó÷àñòîê 1-2 èçîòåðìû). Îäíàêî âîçìîæíû çäåñü ñîñòîÿíèÿ âåùåñòâà íà ó÷àñòêàõ èçîòåðìû 1-3 è 2-4, êîòîðûå íàçû-âàþòñÿ ìåòàñòàáèëüíûìè è çàêëþ÷åíû â îáëàñòè ìåæäó áè-íîäàëüþ I è ñïèíîäàëüþ II. Ìåòàñòàáèëüíûå ñîñòîÿíèÿ îä­íîôàçíû è óñòîé÷èâû â îòñóòñòâèè âòîðîé ôàçû (1-3 - ïå-ðåãðåòàÿ æèäêîñòü, 2-4 - ïåðåîõëàæäåííûé ïàð).  îáëàñòè, çàêëþ÷åííîé âíóòðè ñïèíîäàëè, âåùåñòâî ñóùåñòâóåò òîëüêî â äâóõôàçíîì ñîñòîÿíèè - îáëàñòü íåóñòîé÷èâîãî îäíîôàçíîãî ñîñòîÿíèÿ âåùåñòâà.

Èññëåäîâàíèå êðèòè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ âåùåñòâà è îïðå-äåëåíèå êðèòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ Òê, Ðê, Vê ÿâëÿåòñÿ òðóäî-åìêèì è ñëîæíûì ýêñïåðèìåíòîì.

Ðèñ.1.1.Äèàãðàììà ôàçîâîãî ðàâíîâåñèÿ æèäêîñòü-ïàð â êîîðäèíàòàõ Ð - V:

I-áèíîäàëü, ãðàíèöà äâóõôàçíûõ ðàâíîâåñíûõ ñîñòîÿíèé ñèñòåìû; II - ñïèíîäàëü, ãåîìåòðè÷åñêîå ìåñòî ìàêñèìóìîâ (ñïðàâà) ìèíèìóìîâ (ñëåâà) èçîòåðì è ãðàíèöà, îòäåëÿþùàÿ îáëàñòü ìåòàñòàáèëüíûõ ñîñòîÿíèé îò íåóñòîé÷èâûõ (âíóòðè ñïèíîäàëè); Ê - êðèòè÷åñêàÿ òî÷êà; çàøòðèõîâàíà îáëàñòü ìåòàñòàáèëüíûõ ñîñòîÿíèé.

Ïåðâûå îïûòû ïî èçó÷åíèþ êðèòè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ îò-íîñÿòñÿ ê 1822 ãîäó. Íàèáîëåå ïîäðîáíûå èññëåäîâàíèÿ êðèòè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ è îïðåäåëåíèå êðèòè÷åñêèõ ïàðàìåò-ðîâ ðÿäà âåùåñòâ áûëè ïðîâåäåíû ïðîôåññîðîì Êèåâñêîãî óíèâåðñèòåòà Ì.Ï.Àâåíàðèóñîì è åãî ó÷åíèêàìè À.Íàäåæ-äèíûì, Â.Çàéîí÷åâñêèì è äp. (1870 ã.), ïðîôåññîðîì À.Ã.Ñòîëåòîâûì, àíãëèéñêèì ó÷åíûì Ò.Ýíäðþñîì (1869 ã.). Âàæíóþ ðîëü ñûãðàëè ðàáîòû Ä.È.Ìåíäåëååâà (1860 ã.), ïîêàçàâøåãî, ÷òî â êðèòè÷åñêîé òî÷êå ïîâåðõíîñòíîå íàòÿæåíèå æèäêîñòè îáðàùàåòñÿ â íóëü, è óêàçàâøåãî íà ñóùåñòâîâàíèå êðèòè÷åñêîé òåìïåðàòóðû Òê, íàçâàâ åå "òåìïåðàòóðîé àáñîëþòíîãî êèïåíèÿ".  íàñòîÿùåå âðåìÿ êðèòè÷åñêèå ÿâëåíèÿ

ñèñòåìàòè÷åñêè èññëåäóþòñÿ ðÿäîì îòå÷åñòâåííûõ è çàðóáåæíûõ ó÷åíûõ.

Ïåðåõîä ñèñòåìû æèäêîñòü-ïàð â êðèòè÷åñêîå ñîñòîÿíèå ìîæíî ïðîäåìîíñòðèðîâàòü îïûòîì Êàíüÿð äå ëà Òóðà (1822 ã.).  ñòåêëÿííóþ òðóáêó ââîäÿò æèäêîñòü, çàòåì òðóáêó çà-ïàèâàþò. Ïðè âåðòèêàëüíîì ðàñïîëîæåíèè òðóáêè ÷åòêî âèäíà ãðàíèöà ðàçäåëà ìåæäó æèäêîñòüþ è ïàðîì. Ïðè íàãðåâàíèè òðóáêè ïëîòíîñòü æèäêîñòè áëàãîäàðÿ òåïëîâîìó ðàñøèðåíèþ óìåíüøàåòñÿ, à ïëîòíîñòü ïàðà âîçðàñòàåò. Åñëè ïåðâîíà÷àëüíûå êîëè÷åñòâà æèäêîñòè è ïàðà âçÿòû òàêèì îáðàçîì, ÷òî óäåëüíûé îáúåì âñåé ñèñòåìû ðàâåí êðèòè÷å-ñêîìó Vê, òî ïðè äîñòèæåíèè êðèòè÷åñêîé òåìïåðàòóðû Òê ïëîòíîñòè æèäêîñòè è ïàðà ñòàíîâÿòñÿ ðàâíûìè äðóã äðóãó è ðàçëè÷èÿ â ôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâàõ ôàç èñ÷åçàþò. Ýòîò ìîìåíò îáíàðóæèâàåòñÿ ïóòåì íàáëþäåíèÿ çà ìåíèñêîì. Âíà÷àëå ïðè ïðèáëèæåíèè ê êðèòè÷åñêîé òåìïåðàòóðå Òê ìåíèñê ñòàíî-âèòñÿ ïëîñêèì è ìåíåå îò÷åòëèâûì, çàòåì îí èñ÷åçàåò, à íà åãî ìåñòå ïîÿâëÿåòñÿ áåëåñîå îáëà÷êî, êîòîðîå ðàñïðî-ñòðàíÿåòñÿ êâåðõó è êíèçó. Ïðè äàëüíåéøåì ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû îáëà÷êî ïîëíîñòüþ èñ÷åçàåò.

Íà ñâîéñòâà âåùåñòâà, íàõîäÿùåãîñÿ â êðèòè÷åñêîì ñîñ-òîÿíèè, ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå îêàçûâàþò ôëóêòóàöèè ïëîò-íîñòè (ìåñòíûå ðàçðåæåíèÿ è óïëîòíåíèÿ, âîçíèêàþùèå â ðåçóëüòàòå òåïëîâîãî äâèæåíèÿ ìîëåêóë).  êðèòè÷åñêîé òî÷-êå, ãäå îáúåìíàÿ óïðóãîñòü âåùåñòâà îáðàùàåòñÿ â íóëü, èç-ìåíåíèå ïëîòíîñòè ïðàêòè÷åñêè íå ñîïðîâîæäàåòñÿ èçìå-íåíèåì äàâëåíèÿ, âñëåäñòâèå ÷åãî âåëè÷èíà ôëóêòóàöèé ÷ðåç-âû÷àéíî âîçðàñòàåò. Îáóñëîâëåííàÿ òàêèìè áîëüøèìè ôëóê-òóàöèÿìè îïòè÷åñêàÿ íåîäíîðîäíîñòü âåùåñòâà ïðèâîäèò ê ÿâëåíèþ êðèòè÷åñêîé îïàëåñöåíöèè, ò.å. ê ÿâëåíèþ ñèëüíîãî ðàññåÿíèÿ ñâåòà. Âäàëè îò êðèòè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ ñæè-ìàåìîñòü æèäêîñòè ìàëà, ôëóêòóàöèè ïëîòíîñòè íåçíà÷è-òåëüíû è ðàññåÿíèå ñâåòà ñëàáîå.

1.1. Ìåòîäû îïðåäåëåíèÿ êðèòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ âåùåñòâ

Ñðåäè ìåòîäîâ îïðåäåëåíèÿ êðèòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ âå-ùåñòâ ìîæíî îòìåòèòü ñëåäóþùèå [3]:

- èçìåðåíèÿ ïðè ïîÿâëåíèè è èñ÷åçíîâåíèè ìåíèñêà;

èç Ð - V - Ò äàííûõ â òî÷êå,

ãäå

- ïî èñ÷åçíîâåíèþ êðèòè÷åñêîé îïàëåñöåíöèè;

- ýêñòðàïîëÿöèÿ çàâèñèìîñòè äàâëåíèÿ íàñûùåííîãî ïà-ðà Ðs îò òåìïåðàòóðû Ðs=F(Òs);

- ïî ïðàâèëó ïðÿìîëèíåéíîãî äèàìåòðà;

- ïî ðàññåÿíèþ ñâåòà;

- ïî ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ çâóêà;

- ïî èçìåðåíèÿì òåïëîåìêîñòè.

Íàèáîëåå ÷àñòî èñïîëüçóåòñÿ ïåðâûé ìåòîä. Ðàññìîòðå-íèåì ýòîãî ìåòîäà ìû è îãðàíè÷èìñÿ.

Ïðè ïðîâåäåíèè îïûòîâ âáëèçè êðèòè÷åñêîé òî÷êè è ïðè èõ èíòåðïðåòàöèè íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü ðÿä ñïåöèôè÷åñêèõ ôàêòîðîâ. Ýòî - ïðåæäå âñåãî ìàëàÿ ñêîðîñòü óñòàíîâëåíèÿ ðàâíîâåñèÿ è áîëüøàÿ ñæèìàåìîñòü. Íàëè÷èå áîëüøîé ñæèìàåìîñòè ïðèâîäèò ê ñóùåñòâåííîìó èçìåíåíèþ ïëîò-íîñòè ïî âûñîòå ñîñóäà. Ìàêðîñêîïè÷åñêèå ãðàäèåíòû ïëîò-íîñòè âáëèçè êðèòè÷åñêîé òî÷êè, âîçíèêàþùèå ïîä äåé-ñòâèåì ñèë ãðàâèòàöèè, íàáëþäàëèñü ìíîãèìè èññëåäîâà-òåëÿìè. Ýòîò ýôôåêò õîðîøî èçó÷åí ëèøü â ïîñëåäíèå ãîäû è â áîëüøèíñòâå ïðåæíèõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ðàáîò íå ó÷è-òûâàëñÿ.

Ãðàäèåíò äàâëåíèÿ ïî âûñîòå èçìåðèòåëüíîé êàìåðû

(1.2)

Åñëè òåìïåðàòóðà ïî îáúåìó êàìåðû ïîñòîÿííà, òî ãðà-äèåíò ïëîòíîñòè ïî âûñîòå

(1.3)

Ìàëîñòü çíà÷åíèé â êðèòè÷åñêîé òî÷êå îáúÿñ-íÿåò ñóùåñòâîâàíèå áîëüøèõ ãðàäèåíòîâ ïëîòíîñòè.

Áîëüøîå âðåìÿ óñòàíîâëåíèÿ ðàâíîâåñèÿ ñâÿçàíî ñî ñòðóêòóðíûìè èçìåíåíèÿìè, îáóñëîâëåííûìè ðîñòîì ôëóê-òóàöèè ïëîòíîñòè. Áîëüøèíñòâî àâòîðîâ, ïðîèçâîäèâøèõ âèçóàëüíûå íàáëþäåíèÿ ïðè ïåðåõîäå ñèñòåìû ÷åðåç êðèòè-÷åñêóþ òî÷êó, ñ÷èòàåò, ÷òî ïðè èíòåíñèâíîì ïåðåìåøèâàíèè èëè äëèòåëüíîì òåðìîñòàòèðîâàíèè áåç ïåðåìåøèâàíèÿ âñå ÿâëåíèÿ, ñâÿçàííûå ñ ïåðåõîäîì ñèñòåì ÷åðåç êðèòè÷åñêóþ îáëàñòü ïðè íàãðåâàíèè, âîñïðîèçâîäÿòñÿ â îáðàòíîé ïîñëå­äîâàòåëüíîñòè ïðè îõëàæäåíèè, è òåìïåðàòóðû èñ÷åçíîâåíèÿ è ïîÿâëåíèÿ ìåíèñêà îäèíàêîâû. Ïðèìåíåíèå ïåðåìåøèâà-íèÿ, êàê óêàçûâàåò Â.Ï.Ñêðèïîâ [4], ïðèâîäèò ê âûðàâíèâà-íèþ ïëîòíîñòè âäîëü êàìåðû è ñîîòâåòñòâóåò "âûêëþ÷åíèþ" ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ. Ïðåêðàùåíèå ðàçìåøèâàíèÿ ñîîòâåò-ñòâóåò "âêëþ÷åíèþ" ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ è îáóñëàâëèâàåò íåðàâíîìåðíîå ðàñïðåäåëåíèå ïëîòíîñòè ïî âûñîòå êàìåðû.

Íåîáõîäèìî çàìåòèòü, ÷òî òåìïåðàòóðà ïîÿâëåíèÿ è èñ-÷åçíîâåíèÿ ìåíèñêà íå òî÷íî ñîîòâåòñòâóåò êðèòè÷åñêîé, à íåñêîëüêî íèæå åå [5]. Êðèòè÷åñêîé òåìïåðàòóðîé Òê ÿâëÿ-åòñÿ òåìïåðàòóðà òîæäåñòâà ôàç. Ïðè ýòîé òåìïåðàòóðå ãðàíèöà ðàçäåëà ôàç óæå îòñóòñòâóåò. Ïîýòîìó äëÿ áîëåå òî÷íîãî îïðåäåëåíèÿ êðèòè÷åñêîé òåìïåðàòóðû Òê ñëåäîâàëî áû èñïîëüçîâàòü äðóãèå ìåòîäû èçìåðåíèÿ. Îäíàêî èç òàáë.Ï.1, ãäå ïðèâåäåíû çíà÷åíèÿ êðèòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ðÿäà àâòîðîâ ïðè ðàçíûõ ìåòîäàõ èõ îïðåäåëåíèÿ, íå âèäíî ñêîëü-ëèáî ñóùåñòâåííûõ ðàçëè÷èé â çíà÷åíèÿõ Òê äëÿ äâó-îêèñè óãëåðîäà.

1.2.Ðàñ÷åò êðèòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ âåùåñòâ

Ìåòîäû ïðåäñêàçàíèÿ êðèòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ÿâëÿþòñÿ â áîëüøåé ñòåïåíè ýìïèðè÷åñêèìè, ïîñêîëüêó îíè îñíîâû-âàþòñÿ íà îïûòíûõ äàííûõ. Ðàññìàòðèâàåìûå íèæå ôîðìóëû â ñðåäíåì äàþò óäîâëåòâîðèòåëüíîå ñîãëàñèå ñ ýêñïåðèìåí-òàëüíî èçìåðåííûìè âåëè÷èíàìè Òê, Ðê, Vê (îò 1,3 äî 6,6%).

Êðèòè÷åñêóþ òåìïåðàòóðó Òê Ãóëüáåðã âïåðâûå ïðåä-ëîæèë îïðåäåëÿòü èç ñîîòíîøåíèÿ

, (1.4)

ãäå Òs - òåìïåðàòóðà êèïåíèÿ ïðè íîðìàëüíîì äàâëåíèè, Ê.

Äëÿ âåùåñòâ, íàõîäÿùèõñÿ ïðè íîðìàëüíîì äàâëåíèè â òâåðäîì ñîñòîÿíèè â ôîðìóëå (1.4), èñïîëüçóåòñÿ òåìïåðà-òóðà âîçãîíêè ïðè ñóáëèìàöèè. Ëó÷øåå ñîãëàñèå ñ ýêñïåðè-ìåíòàëüíûìè äàííûìè äàåò ôîðìóëà Ëèäåðñåíà [6], ÿâëÿ-þùàÿñÿ âèäîèçìåíåíèåì ñîîòíîøåíèÿ Ãóëüäáåðãà:

, (1.5)

ãäå - ïîñòîÿííàÿ, ðàçëè÷íàÿ äëÿ êàæäîãî ñîåäèíåíèÿ (ñòðóêòóðíîé ôîðìóëû), êîòîðàÿ âû÷èñëÿåòñÿ ñóììèðîâàíèåì àòîìíûõ è ñòðóêòóðíûõ êîíñòàíò, õàðàêòåðèçóþùèõ âñå ñîñòàâëÿþùèå ÷àñòè ìîëåêóëû. Ïî Ëèäåðñåíó,

, (1.6)

ãäå âû÷èñëÿåòñÿ ñëîæåíèåì âåëè÷èí, ïðèâåäåííûõ â òàáë.Ï.2 äëÿ âûáðàííûõ ãðóïï ïðè ñîñòàâëåíèè ñòðóêòóð-íîé ôîðìóëû ÑÎ2

Êðèòè÷åñêîå äàâëåíèå îïðåäåëÿåòñÿ ñ ìåíüøåé òî÷-íîñòüþ. Îòêëîíåíèÿ â îïðåäåëåíèè êðèòè÷åñêîãî äàâëåíèÿ ìîãóò ïðåâûøàòü 10-15% äëÿ ñðàâíèòåëüíî ïðîñòûõ íåïî-ëÿðíûõ ñîåäèíåíèé. Îäíàêî îáû÷íî îòêëîíåíèå ñîñòàâëÿåò 3-4%. Çäåñü íå íàéäåíî òàêîãî óäîáíîãî ïàðàìåòðà, êàê òåì-ïåðàòóðà êèïåíèÿ, íà êîòîðîì ìîæíî áûëî áû îñíîâûâàòü êîððåëÿöèè, è èìååòñÿ áîëüøîå ðàçíîîáðàçèå òèïîâ ïðåäëî-æåííûõ ìåòîäîâ. Íåïëîõîå ñîâïàäåíèå ñ ýêñïåðèìåíòàëü-íûìè çíà÷åíèÿìè Ðê äàåò ôîðìóëà Ëèäåðñåíà:

, (1.7)

ãäå Ì - ìîëåêóëÿðíûé âåñ (Ì=44.011 äëÿ ÑÎ2); Ô - ïîñòîÿííàÿ, íàõîäèòñÿ ñëîæåíèåì àòîìíûõ è ñòðóêòóðíûõ êîíñòàíò, ñîîòâåòñòâóþùèõ ÑÎ2 (òàáë. Ï.2).

Êðèòè÷åñêèå îáúåìû ìîãóò áûòü ðàññ÷èòàíû ïî ýìïèðè-÷åñêèì ôîðìóëàì. Ïîäðîáíûå ñâåäåíèÿ î ðàñ÷åòå êðèòè÷å-ñêèõ ïàðàìåòðîâ ìîæíî íàéòè â ìîíîãðàôèè [6].

2. ÎÏÈÑÀÍÈÅ ÝÊÑÏÅÐÈÌÅÍÒÀËÜÍÎÉ ÓÑÒÀÍÎÂÊÈ

Íà äàííîé ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêå èçó÷àåòñÿ ìåòîä îïðåäåëåíèÿ êðèòè÷åñêîé òåìïåðàòóðû Òk äàâëåíèÿ Ðk äëÿ ÑÎ2 ïî ïîÿâëåíèþ è èñ÷åçíîâåíèþ ìåíèñêà.

Êàìåðà âûñîêîãî äàâëåíèÿ èç óãëåðîäèñòîé ñòàëè ïðåä-ñòàâëÿåò ñîáîé òåðìîñòàòèðóåìûé ïàðàëëåëåïèïåä ðàçìåðàìè 130õ130õ110 ìì ñ öèëèíäðè÷åñêèì îáúåìîì 50 ìì è =50 ìì. Ðàçðåç êàìåðû âåðòèêàëüíîé ïëîñêîñòüþ äàí íà ðèñ.1.2. Ïðîòèâîïîëîæíûå áîêîâûå ãðàíè êîðïóñà êàìåðû èìåþò ãíåçäà äëÿ îïðàâ 3 ñî ñìîòðîâûìè ñòåêëàìè 4.  îïðàâàõ ñòåêëà óïëîòíÿþòñÿ ÷åðåç êîëüöåâûå ïðîêëàäêè ãàéêàìè 5.  âåðõíþþ ãðàíü êàìåðû ââèí÷èâàåòñÿ ìåòàëëè÷åñêàÿ ïðîáêà 8 ñ êàïèëëÿðàìè 9 (2,5 ìì) äëÿ òåðìîïàð.  íèæíåé ãðàíè êàìåðû âñòàâëÿåòñÿ òåêñòîëèòîâàÿ ïðîáêà 11, óïëîòíÿåìàÿ ôëàíöåì 12. Êîðïóñ êàìåðû 1 èìååò øåñòü âåðòèêàëüíûõ ñêâîçíûõ êàíàëîâ 7 è äâà êîëüöåâûõ 6. Ðàáî÷èé îáúåì êàìåðû çàïîëíåí ÷åðåç îäèí èç êàíàëîâ 10 î÷èùåííîé äâóîêèñüþ óãëåðîäà.

Ïðåäâàðèòåëüíî îòêà÷àííàÿ ÷åðåç âåíòèëü 10 (ðèñ.1.3) êàìåðà çàïîëíÿåòñÿ (âåíòèëü 3) æèäêîé óãëåêèñëîòîé äî òàêîãî óðîâíÿ, ÷òîáû èñ÷åçíîâåíèå è ïîÿâëåíèå ìåíèñêà â êðèòè÷åñêîé òî÷êå ïðîèñõîäèëî ïðèáëèçèòåëüíî â öåíòðå îêíà íàáëþäåíèÿ. Èñïîëüçóåòñÿ äâóîêèñü óãëåðîäà, î÷èùåí-íàÿ â ôèëüòðå 4 ñ ñåëèêàãåëåì è òêàíüþ Ïåòðÿíîâà.

Òåðìîñòàòèðîâàíèå êàìåðû îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ âîäÿíîãî òåðìîñòàòà U-, òåïëîíîñèòåëü èç êîòîðîãî ïî-ñðåäñòâîì íàñîñà-ìåøàëêè 9 ïîñòóïàåò â êàíàëû êàìåðû 1. Òåìïåðàòóðà òåðìîñòàòèðóåìîé æèäêîñòè êîíòðîëèðóåòñÿ òåðìîìåòðîì 7, ðåãóëèðóåòñÿ è ïîääåðæèâàåòñÿ ïîñòîÿííîé êîíòàêòíûì òåðìîìåòðîì 8, íàãðåâàòåëÿìè òåðìîñòàòà Í1-Í4 è îõëàæäåíèåì 6.

Äàâëåíèå â êàìåðå èçìåðÿåòñÿ îáðàçöîâûì ïðóæèííûì ìàíîìåòðîì ÌÎ êëàññà 0,4 ñ âåðõíèì ïðåäåëîì èçìåðåíèÿ 100 êãñ/ñì2.

Äëÿ èçìåðåíèÿ òåìïåðàòóðû äâóîêèñè óãëåðîäà èñïîëüçó-þòñÿ ìåäü-êîíñòàíòàíîâûå òåðìîïàðû 11 (0,1 ìì), ïîìå-ùåííûå íà ðàçíûõ âûñîòàõ âíóòðè ðàáî÷åé êàìåðû 1. Ãîðÿ÷èå ñïàè òåðìîïàð èçîëèðîâàíû îò âíóòðåííåé ïîâåðõ-íîñòè êàïèëëÿðîâ, ÷òîáû èçáåæàòü âîçìîæíûõ íàâîäîê â ñõåìå èçìåðåíèÿ òåìïåðàòóðû. Õîëîäíûå ñïàè ïîìåùåíû â ñîñóä Äüþàðà ñ òàþùèì ëüäîì 12. ÝÄÑ òåðìîïàð (Ut1,Ut2) èçìåðÿþòñÿ óíèâåðñàëüíûì âîëüòìåòðîì Â7-21 (14) ÷åðåç ìíîãîòî÷å÷íûé ïåðåêëþ÷àòåëü òèïà ÌÃÏ-10Ì

3.ÌÅÒÎÄÈÊÀ ÏÐÎÂÅÄÅÍÈß ÝÊÑÏÅÐÈÌÅÍÒÀ

3.1.Ïîäãîòîâêà ê îïûòó

Ðàáî÷àÿ êàìåðà íàõîäèòñÿ ïîä âûñîêèì äàâëåíèåì! Òðå-áóåòñÿ áîëüøàÿ àêêóðàòíîñòü è îñòîðîæíîñòü ïðè ïðîâåäå-íèè ýêñïåðèìåíòà.

3.1.1.Ïðåæäå ÷åì ïðèñòóïèòü ê îïûòó, íåîáõîäèìî âíè-ìàòåëüíî îçíàêîìèòüñÿ ñ îïèñàíèåì è èíñòðóêöèÿìè êî âñåì ïðèáîðàì, èñïîëüçîâàííûì â óñòàíîâêå.

3.1.2.Êàìåðà çàïîëíåíà æèäêîé óãëåêèñëîòîé äî íåîáõî-äèìîãî óðîâíÿ. Çàïðåùàåòñÿ ñàìîñòîÿòåëüíî îòêðûâàòü êðàíû 3 è 10.

Ðèñ.1.2. Ðàçðåç ðàáî÷åé êàìåðû:

1 - êîðïóñ êàìåðû; 2- ôëàíöû äëÿ óïëîòíåíèÿ îïðàâ ñî ñòåêëàìè; 3 - îïðàâû; 4 - ñòåêëà äëÿ íàáëþäåíèÿ; 5 - ãàéêè óïëîòíåíèÿ ñòåêëà; 6 - êîëüöåâûå êàíàëû; 7 - âåðòèêàëüíûå êàíàëû; 8 - ïðîáêà; 9 - êàïèëëÿðû äëÿ ââîäà òåðìîïàð â ðàáî÷èé îáúåì; 10 - ñâåðëåíèÿ äëÿ çàïîëíåíèÿ è ïðîêà÷êè ðàáî÷åãî îáúåìà; 11 - òåêñòîëèòîâàÿ ïðîáêà; 12 - íèæíèé ôëàíåö

Ðèñ.1.3. Îáùàÿ ñõåìà óñòàíîâêè:

1 - ðàáî÷àÿ êàìåðà; 2 - ìàíîìåòð; 3 - âåíòèëü; 4 - ôèëüòð; 5 - òåðìîñòàò U-; 6 - îõëàæäåíèå òåðìîñòàòà; 7- êîíòðîëüíûé òåðìîìåòð; 8 - êîíòàêòíûé òåðìîìåòð ñ ìàãíèòíîé ãîëîâêîé; 9 - ìîòîð ìåøàëêè; 10 - âåíòèëü äëÿ ïðîäóâêè èëè îòêà÷êè ðàáî÷åé æèäêîñòè; 11 - òåðìîïàðû äëÿ èçìåðåíèÿ òåìïåðàòóð âíóòðè ðàáî÷åãî îáúåìà t1 è t2; 12 - ñîñóä Äüþàðà ñ òàþùèì ëüäîì; 13 - ìíîãîòî÷å÷íûé ïåðåêëþ÷àòåëü òèïà ÌÃÏ-10Ì; 14 - âîëüòìåòð óíèâåðñàëüíûé Â7-21; Ut1 è Ut2 - ÝÄÑ òåðìîïàð t1 è t2, ñîîòâåòñòâóþùèå òåìïåðàòóðàì Ò1 è Ò2.

3.1.3.Âêëþ÷èòü âîëüòìåòð è ïðîãðåòü åãî â òå÷åíèå 30 ìèíóò.

3.1.4.Ïðîâåðèòü ðàáîòó îòäåëüíûõ ïðèáîðîâ óñòàíîâêè: òåðìîñòàòà, âîëüòìåòðà (âìåñòå ñ ïðåïîäàâàòåëåì).

3.1.5.Âêëþ÷èòü íàãðåâàòåëü òåðìîñòàòà â ïîëîæåíèå Í1, çàïóñòèòü äâèãàòåëü è ìåäëåííî ïîäíÿòü äàâëåíèå â êàìåðå äî Ð = 74 êãñ/ñì2.

3.2.Çàäàíèå

3.2.1.  íàñòîÿùåé ðàáîòå íåîáõîäèìî îïðåäåëèòü êðè-òè÷åñêèå òåìïåðàòóðó è äàâëåíèå äëÿ äâóîêèñè óãëåðîäà ïî èñ÷åçíîâåíèþ è ïîÿâëåíèþ ìåíèñêà.

3.2.2.Ðàññ÷èòàòü ñðåäíèå âçâåøåííûå çíà÷åíèÿ Òê è Ðê ïî ïÿòè ýêñïåðèìåíòàëüíûì çíà÷åíèÿì èç òàáë.11.1 è ñðàâ-íèòü èõ ñ ïîëó÷åííûìè íà íàøåé óñòàíîâêå ñðåäíèìè çíà-÷åíèÿìè Òê è Ðê.

3.2.3.Âû÷èñëèòü ïî ôîðìóëàì (1.5) è (1.7) âåëè÷èíû Òê è Ðê äëÿ óãëåêèñëîòû è ñðàâíèòü èõ ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè è òàáëè÷íûìè äàííûìè.

3.3.Ïðîâåäåíèå èçìåðåíèé è îáðàáîòêà äàííûõ

Íà÷èíàÿ ñ äàâëåíèÿ Ð = 74 êãñ/ñì2, ìåäëåííî ïîäíèìàòü òåìïåðàòóðó è äàâëåíèå â êàìåðå (êîíòàêòû òåðìîìåòðà ðàçâåñòè). Ïðîèçâîäèòü çàïèñü ïîêàçàíèé ìàíîìåòðà (÷åðåç ~0,5 êãñ/ñì2 ) è íàáëþäàåìîé êàðòèíû â òàáë.Ï.3. Ïîñëå èñ÷åçíîâåíèÿ ïîâåðõíîñòè ðàçäåëà êà÷åñòâåííî íàáëþäàòü çàêðèòè÷åñêîå ñîñòîÿíèå âåùåñòâà äî äàâëåíèÿ Ð ~80 êãñ/ñì2. Îòêëþ÷èâ íàãðåâàòåëü, çàìêíóâ êîíòàêòû êîíòàêòíîãî òåðìî-ìåòðà, è óñòàíîâèâ ìàëûé ðàñõîä îõëàæäàþùåé âîäû ÷åðåç õîëîäèëüíèê òåðìîñòàòà, ìåäëåííî ïîíèæàòü òåìïåðàòóðó â êàìåðå (îõëàæäàþùàÿ âîäà ìîæåò ïîäàâàòüñÿ èç âåðõíåãî òåðìîñòàòà). Ïî ìåðå ñíèæåíèÿ äàâëåíèÿ è òåìïåðàòóðû íå-ïðåðûâíî çàïèñûâàòü ïîêàçàíèÿ òåðìîïàð (Ut1,Ut2, ïåðåêëþ-÷àòåëü 13 â ïîëîæåíèè 3 è 4 ñîîòâåòñòâåííî), ìàíîìåòðà è íàáëþäàåìóþ êàðòèíó (òàáë. Ï.3). Âáëèçè êðèòè÷åñêîé òî÷êè (Ð~76 êãñ/ñì2) îõëàæäåíèå òåðìîñòàòà îòêëþ÷èòü (âûêëþ÷èòü âòîðîé òåðìîñòàò). Ìîìåíò ïîÿâëåíèÿ ìåíèñêà çàôèêñèðîâàòü è îòìåòèòü â òàáëèöå îïûòíûõ äàííûõ. Ïîäîáíûå èçìåðåíèÿ ïðîäåëàòü íå ìåíåå 3 ðàç* . Ïî äàííûì èçìåðåíèé ïðè ïîíèæåíèè äàâëåíèÿ ðàññ÷èòàòü ïî ôîðìóëàì ñðåäíèå àðèôìåòè÷åñêèå çíà÷åíèÿ îïûòíûõ äàííûõ Òê(Ñ) è Ðê è èõ êâàäðàòè÷íûå ïîãðåøíîñòè è , ïðè ýòîì ó÷åñòü ïîãðåøíîñòè ïðèáîðîâ è ãðàäóèðîâêè (êëàññ òî÷íîñòè ìàíîìåòðà 0.4, ïîãðåøíîñòü ïîâåðêè òåðìîïàð 0,2Ñ). Ýêñïåðèìåíòàëüíûå çíà÷åíèÿ Òik , Pik âíåñòè â îòäåëüíûå òàáëèöû, ãäå è ïðîâîäèòü âñå ïðîìåæóòî÷íûå âû÷èñëåíèÿ .

Ðàñ÷åò íàèáîëåå âåðîÿòíîãî çíà÷åíèÿ âåëè÷èí è èç òàáë.Ï.1 ïðîèçâîäèòñÿ ïî ôîðìóëå äëÿ ðåçóëüòàòà èçìåðåíèé ðàçíîé äîñòîâåðíîñòè.

Ýêñïåðèìåíòàëüíûå, ðàññ÷èòàííûå ïî îïûòíûì äàííûì ðàçíûõ àâòîðîâ è âû÷èñëåííûå ïî ýìïèðè÷åñêèì ôîðìóëàì çíà÷åíèÿ Òê è Ðê ñðàâíèòü è âíåñòè â òàáëèöó (òàáë.Ï.4). Ñäåëàòü âûâîäû.

ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈÅ. Íåîáõîäèìî èìåòü â âèäó, ÷òî â òàáë.Ï.1 ïðèâåäåíû àáñîëþòíûå äàâëåíèÿ Ðê. Ðàññ÷èòàííûå ïî îïûòíûì äàííûì è ïî ýìïèðè÷åñêèì ôîðìóëàì çíà÷åíèÿ Ðê íóæíî òàêæå äàâàòü êàê àáñîëþòíûå.

ÁÈÁËÈÎÃÐÀÔÈ×ÅÑÊÈÉ ÑÏÈÑÎÊ

1. Ïðèãîæèí È., Äåôýé Ð.Õèìè÷åñêàÿ òåðìîäèíàìèêà. Íîâîñèáèðñê: Íàóêà, 1966. 509 ñ.

2. Ñåìåí÷åíêî Â.Ê. Èçáðàííûå ãëàâû òåîðåòè÷åñêîé ôèçèêè. Ì.: Ïðîñâåùåíèå, 1966. 396ñ.

3. Âóêàëîâè÷ Í.Ï.,Àëòóíèí Â.Â. Òåïëîôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà äâóîêèñè óãëåðîäà. Ì.: Àòîìèçäàò, 1965. 455 ñ.

4. Ñêðèïîâ Â.Ï. Óñòàíîâëåíèå ðàâíîâåñèÿ âáëèçè êðèòè÷åñêîé òî÷êè è ðîëü ãðàâèòàöèè // ÆÔÕ. 1958. Ò.32. N3. Ñ.712-715.

5. Àðõàíãåëüñêèé Ê.Â., Ñåìåí÷åíêî Â.Ê. Ê âîïðîñó îá îïðåäåëåíèè êðèòè÷åñêîé îáëàñòè è êðèòè÷åñêîé òåìïå-ðàòóðû // ÆÔÕ. 1962. Ò.34. N 11. Ñ.2564-2566.

6. Ðèä Ð., Ïðàóñíèö Ä., Øåðâóä Ò. Ñâîéñòâà ãàçîâ è æèäêîñòåé. Ë: Õèìèÿ, 1982. 591 ñ.

ÏÐÈËÎÆÅÍÈÅ

ÏÐÈÌÅÐ ÒÀÁËÈ×ÍÎÃÎ ÏÐÅÄÑÒÀÂËÅÍÈß ÝÊÑÏÅÐÈÌÅÍÒÀËÜÍÛÕ ÄÀÍÍÛÕ

Òàáëèöà Ï.1

Ýêñïåðèìåíòàëüíûå çíà÷åíèÿ êðèòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ÑÎ2

Ãîä

Àâòîð

Òê,C

,C

Ðê, áàð

, áàð

1882

Àìàãà

31.35

0.01

73.9

0.1

1937

Ìèõåëüñ À. Áëàéññå Ìèõåëüñ Ñ

31.04

0.01

73.82

0.01

1956

Âåíòîðô

31.045

31,06

0.005

±0.02

73.804

73.834

0.002

±0.002

1960

Ñêðèïîâ Êîëïàêîâ

31.0

0.1

74.2

0.5

= =

ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈÅ. - ñðåäíÿÿ êâàäðàòè÷íàÿ ïîãðåøíîñòü ðå-çóëüòàòà èçìåðåíèÿ.

Òàáëèöà Ï.2

Àòîìíûå è ñòðóêòóðíûå êîíñòàíòû äëÿ îïðåäåëåíèÿ êðèòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ïî ìåòîäó Ëèäåðñåíà

Ãðóïïà

Ò

Ô

0.00

0.21

0.00

0.198

0.021

0.16

0.040

0.29

0.02

0.12

Òàáëèöà Ï.3

Ïðèìåðíàÿ çàïèñü îïûòíûõ äàííûõ

N

ï/ï

Ò,Ñ

Ðè,

êãñ/ñì2

Ðà,

ÌÏà

Ut1,

ìÂ

T1,Ñ

Ut2,

ìÂ

T2,Ñ

âèçóàëü-íûå íàá-ëþäåíèÿ

1

2

...

...

ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈÅ. Ò- òåìïåðàòóðà òåðìîñòàòà ïî êîíòðîëüíîìó òåðìîìåòðó, Ñ; Ðè - èçáûòî÷íîå äàâëåíèå (ïîêàçàíèÿ ìàíîìåòðà); Ðà - àáñîëþòíîå äàâëåíèå ñ ó÷¸òîì ãðàäóèðîâêè, ÌÏà; Ut1,Ut2 - ïîêàçàíèå òåðìîïàð ïî âîëüòìåòðó, ìÂ; Ò1 è Ò2 - ïîêàçàíèÿ òåðìîïàð â Ñ ïî ãðàäóèðîâêå.

Òàáëèöà Ï.4

Ñâîäíàÿ òàáëèöà ýêñïåðèìåíòàëüíûõ è ðàñ÷åòíûõ äàííûõ

Èñòî÷íèê

Ðê, ÌÏà

,ÌÏà

, ÌÏà

Òê, Ñ

, Ñ

, Ñ

Ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå

Ñðåäíåå çíà÷åíèå ïî äàííûì ðàçíûõ àâòîðîâ

Çíà÷åíèå ïî ýìïèðè÷å-ñêèì ôîðìóëàì

ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈÅ. - ñðåäíÿÿ êâàäðàòè÷íàÿ ïîãðåøíîñòü ñðåäíåãî àðèôìåòè÷åñêîãî çíà÷åíèÿ; - ñèñòåìàòè÷åñêàÿ ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé.

Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹2

ÄÀÂËÅÍÈÅ ÍÀÑÛÙÅÍÍÎÃÎ ÏÀÐÀ, ÆÈÄÊÎÑÒÈ È ÒÂÅÐÄÎÃÎ ÒÅËÀ

Èçâåñòíî, ÷òî æèäêîñòü, íàõîäÿùàÿñÿ â îòêðûòîì ñîñóäå, èñïàðÿåòñÿ è òåì áûñòðåå, ÷åì âûøå åå òåìïåðàòóðà, ÷åì áîëüøå ñâîáîäíàÿ ïîâåðõíîñòü, ÷åì ýôôåêòèâíåå óäàëÿåòñÿ îáðàçóþùèéñÿ ïàð. Àíàëîãè÷íàÿ êàðòèíà ïðîèñõîäèò è ñ òâåðäûì òåëîì, òîëüêî ýôôåêò èñïàðåíèÿ ó òâåðäûõ òåë ìåíåå âûðàæåí.

Åñëè ïîìåñòèòü æèäêîñòü (òâ. òåëî) â çàìêíóòûé âàêóóì-íûé ñîñóä, íàõîäÿùèéñÿ ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå, òî ñ òå÷åíèåì âðåìåíè â íåì óñòàíîâèòñÿ ðàâíîâåñèå ìåæäó ïàðîì è æèäêîñòüþ (òâåðäûì òåëîì), ïðè êîòîðîì ïëîòíîñòü ïàðà, à ñëåäîâàòåëüíî, è åãî äàâëåíèå èçìåíÿòñÿ íå áóäóò. Ïàð, íàõîäÿùèéñÿ â ðàâíîâåñèè ñ æèäêîñòüþ èëè òâåðäûì òåëîì, íàçûâàåòñÿ íàñûùåííûì ïàðîì. Öåëüþ ðàáîòû ÿâëÿåòñÿ èçó÷åíèå çàêîíîìåðíîñòåé ïðîöåññîâ ïåðåõîäà âåùåñòâ â ñîñòîÿíèå ïàðà è îïðåäåëåíèå òåðìîäèíàìè÷åñêèõ ïàðàìåò-ðîâ, õàðàêòåðèçóþùèõ òàêèå ïðîöåññû.

1. ÔÅÍÎÌÅÍÎËÎÃÈ×ÅÑÊÎÅ ÎÏÈÑÀÍÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑΠÈÑÏÀÐÅÍÈß

1.1.Îáùèå óñëîâèÿ ðàâíîâåñèÿ ôàç

Ñèñòåìà, ñîñòîÿùàÿ èç ðàçëè÷íûõ ïî ñâîéñòâàì ÷àñòåé, ðàçãðàíè÷åííûõ ïîâåðõíîñòÿìè ðàçäåëà, íàçûâàåòñÿ ãåòåðî-ãåííîé ñèñòåìîé.

×àñòü ãåòåðîãåííîé ñèñòåìû, îãðàíè÷åííàÿ ïîâåðõíîñòüþ ðàçäåëà è õàðàêòåðèçóþùàÿñÿ â îòñóòñòâèè âíåøíåãî ïîëÿ ñèë îäèíàêîâûìè ôèçè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè âî âñåõ ñâîèõ òî÷êàõ, íàçûâàåòñÿ ôàçîé ñèñòåìû.  êà÷åñòâå ïðèìåðà ôàç ìîæíî ïðèâåñòè ðàçëè÷íûå àãðåãàòíûå ñîñòîÿíèÿ îäíîãî è òîãî æå âåùåñòâà: æèäêîå, ãàçîîáðàçíîå. Ê ðàçëè÷íûì ôàçàì îòíîñÿòñÿ òàêæå êðèñòàëëè÷åñêèå ìîäèôèêàöèè âåùåñòâà, íàïðèìåð, - æåëåçî è - æåëåçî.

 óñëîâèÿõ ðàâíîâåñèÿ ôàçû (') è ('') õàðàêòåðèçóþòñÿ îäèíàêîâûìè äàâëåíèåì, òåìïåðàòóðîé è ðàâíûìè õèìè÷å-ñêèìè ïîòåíöèàëàìè

ð' = ð'', Ò'=Ò'', ' = ". (1.1)

Ïåðâîå óñëîâèå îçíà÷àåò óñòàíîâëåíèå ìåõàíè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ (ãðàíèöà ðàçäåëà íåïîäâèæíà), âòîðîå óñëîâèå - óñëîâèå òåïëîâîãî áàëàíñà. Ðàâåíñòâî õèìè÷åñêèõ ïîòåíöèà-ëîâ îòðàæàåò óñëîâèå ìàòåðèàëüíîãî áàëàíñà.

Àíàëîãè÷íî óñëîâèÿì ðàâíîâåñèÿ äâóõ ôàç ðàâíîâåñèå òðåõ ôàç îïðåäåëÿåòñÿ ðàâåíñòâàìè:

ð'=ð''=ð''', Ò'=Ò''=Ò''',

'(P,T) = m"(P,T)=m'''(P,T) . (1.2)

Ïîñêîëüêó õèìè÷åñêèå ïîòåíöèàëû ÿâëÿþòñÿ ôóíêöèÿìè òåìïåðàòóðû è äàâëåíèÿ, òî äëÿ èçîáðàæåíèÿ ñîñòîÿíèÿ âå-ùåñòâà îáû÷íî ïîëüçóþòñÿ (ð,Ò) - äèàãðàììîé.

Íà ðèñ.1.1 ïðåäñòàâëåíà ÷àñòü îáùåé (ð,Ò) - äèàãðàììû äëÿ âîäû ( = 0,01 C, = 4,589 ìì ðò. ñò.) - ïàðàìåòðû òðîéíîé òî÷êè, â ðàâíîâåñèè íàõîäÿòñÿ òðè ôàçû). ÊÒ - êðèòè÷åñêàÿ òî÷êà. Äèàãðàììà âîäû ïðè âûñîêèõ äàâëåíèÿõ ïðèâåäåíà íà ðèñ.1.2.

Íà ðèñ.1.2 îáëàñòÿì 1-5 ñîîòâåòñòâóþò ðàçëè÷íûå êðè-ñòàëëè÷åñêèå ìîäèôèêàöèè. Ñîãëàñíî ïðàâèëó Ãèááñà äëÿ îäíîêîìïîíåíòíûõ ñèñòåì â ñîñòîÿíèè ðàâíîâåñèÿ äðóã ñ äðóãîì íàõîäèòñÿ íå áîëåå òðåõ ôàç ýòîãî âåùåñòâà. Òàêîìó ñîñòîÿíèþ ñîîòâåòñòâóþò òðîéíûå òî÷êè íà ðèñ.1.1 è 1.2.

Ïëàâëåíèå è èñïàðåíèå ÿâëÿþòñÿ íàèáîëåå ïðîñòûìè ïðèìåðàìè ôàçîâûõ ïåðåõîäîâ 1 ðîäà, êîòîðûå ñîïðîâîæ-äàþòñÿ òåïëîâûìè è îáúåìíûìè ýôôåêòàìè.

Ýíåðãèÿ, íåîáõîäèìàÿ äëÿ ïðåâðàùåíèÿ åäèíèöû ìàññû æèäêîñòè (òâåðäîãî òåëà) â ïàð ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå, íàçûâàåòñÿ òåïëîòîé èñïàðåíèÿ, êîòîðàÿ ñêëàäûâàåòñÿ èç ýíåðãèè, çàòðà÷åííîé ïðîòèâ ñèë ñöåïëåíèÿ, è ðàáîòû ïðîòèâ âíåøíåãî äàâëåíèÿ ïðè ïåðåõîäå èç îäíîé ôàçû â äðóãóþ. Òåïëîòó èñïàðåíèÿ, îòíåñåííóþ ê îäíîé ìîëåêóëå, ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ìåðó òîé ðàáîòû, êîòîðóþ äîëæíû ñîâåð-øèòü ìîëåêóëû, ÷òîáû âûéòè èç æèäêîñòè (òâåðäîãî òåëà).

Ðèñ.1.1.Ð,Ò - äèàãðàììà äëÿ âîäû â îáëàñòÿõ ìàëûõ äàâëåíèé: ÒÒ - òðîéíàÿ òî÷êà, ÊÒ - êðèòè÷åñêàÿ òî÷êà

Ðèñ.1.2.Ð,Ò - äèàãðàììà äëÿ âîäû â îáëàñòÿõ âûñîêèõ äàâëåíèé

Ïîñêîëüêó ïëîòíîñòü ôàç ðàçëè÷íà, òî ïðè ôàçîâûõ ïå-ðåõîäàõ ïåðâîãî ðîäà ïðîèñõîäèò òàêæå è èçìåíåíèå óäåëü-íîãî îáúåìà.

1.2.Óðàâíåíèå Êëàïåéðîíà-Êëàóçèñà

Ýòî óðàâíåíèå ÿâëÿåòñÿ äèôôåðåíöèàëüíûì óðàâíåíèåì êðèâîé ôàçîâîãî ðàâíîâåñèÿ.

Ðàññìîòðèì îäíîêîìïîíåíòíóþ ñèñòåìó. Îáîçíà÷èì ÷åðåç õèìè÷åñêèå ïîòåíöèàëû ñîîòâåòñòâåííî äëÿ òâåðäîãî, æèäêîãî è ãàçîîáðàçíîãî ñîñòîÿíèÿ. Òîãäà äëÿ ðàâíîâåñèÿ æèäêîé è òâåðäîé ôàç , à â ðàâíîâåñèè æèäêîñòü-ïàð , íàêîíåö ïðè ðàâíîâåñèè òâåðäîå òåëî - ïàð.

Âîñïîëüçóåìñÿ ýòèì. Ïóñòü ôàçà i ïåðåõîäèò â ôàçó ïðè òåìïåðàòóðå Ò è äàâëåíèè Ð. Òîãäà.

Åñëè ïåðåõîä áóäåò ïðîèñõîäèòü ïðè òåìïåðàòóðå Ò+dÒ è äàâëåíèè Ð+dÐ, òî:

. (1.3)

Ñëåäîâàòåëüíî,

. (1.4)

Ñîîòíîøåíèå (1.4) ìîæíî çàïèñàòü â âèäå:

(1.5)

ãäå S è V - óäåëüíûå ýíòðîïèÿ è îáúåì âåùåñòâà.

Îòñþäà:

(1.6)

Èçìåíåíèå ýíòðîïèè ñâÿçàíî ñ òåïëîòîé ôàçîâîãî ïåðå-õîäà ñîîòíîøåíèåì

(1.7)

Òàêèì îáðàçîì, äëÿ ñîîòíîøåíèÿ (1.6) ìîæíî çàïèñàòü

(1.8)

ãäå - èçìåíåíèå ìîëüíîãî îáúåìà ïðè ïåðåõîäå èç îäíîé ôàçû â äðóãóþ.

Ïîñëåäíåå óðàâíåíèå îïèñûâàåò çàâèñèìîñòü äàâëåíèÿ ôàçîâîãî ïåðåõîäà îò òåìïåðàòóð è íàçûâàåòñÿ óðàâíåíèåì Êëàïåéðîíà-Êëàóçèñà.

2. ÝÊÑÏÅÐÈÌÅÍÒÀËÜÍÀß ÓÑÒÀÍÎÂÊÀ

2.1. Èçìåðåíèå äàâëåíèÿ íàñûùåííîãî ïàðà âîäû âáëèçè òðîéíîé òî÷êè

Äëÿ ïîñòðîåíèÿ êðèâîé ðàâíîâåñèÿ â ñèñòåìàõ òâåðäîå òåëî-ïàð, æèäêîñòü-ïàð íåîáõîäèìî èçìåðèòü äàâëåíèå íàñû-ùåííîãî ïàðà íàä òâåðäûì òåëîì è æèäêîñòüþ â çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû.

Èçìåðåíèÿ ïðîâîäÿòñÿ íà ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêå, ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà êîòîðîé ïðèâåäåíà íà ðèñ.2.1.

Èñïîëüçóåìûå â ðàáîòå ñèñòåìû èçìåðåíèÿ îãðàíè÷åíû âàêóóìíûìè âåíòèëÿìè 5 è 6 (íîðìàëüíîå ïîëîæåíèå âåíòè-ëåé çàêðûòîå).

Ðàáî÷àÿ æèäêîñòü - âîäà íàõîäèòñÿ â êàìåðå 7, îòñåêàå-ìîé îò ñèñòåìû âàêóóìíûì âåíòèëåì 6.

Èçìåðåíèå äàâëåíèÿ íàñûùåííîãî ïàðà íàä òâåðäûì òåëîì è æèäêîñòüþ ïðîâîäèòñÿ ñ ïîìîùüþ äèôôåðåíöèàëü-íîãî îïòè÷åñêîãî ìàíîìåòðà (ÎÌ-10), îäíà èç ïîëîñòåé êîòîðîãî ("-") íàõîäèòñÿ ïîä ïîñòîÿííîé îòêà÷êîé, à äðóãàÿ ("+") ñîåäèíÿåòñÿ âåíòèëåì 6 ñ ðàáî÷åé êàìåðîé. Èçìåíåíèå Ðèñ.2.1. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêè:

1 - ôîðâàêóóìíûé íàñîñ; 2 - âàêóóìíûé çàæèì äëÿ íàïóñêà àòìîñôåðû â ôîðâàêóóìíûé íàñîñ; 3,6 - ñîåäèíèòåëü-íûå êðàíû; 4 - îïòè÷åñêèé ìàíîìåòð (ÎÌ-10); 5 - áàéïàñíûé êðàí; 7 - ðàáî÷àÿ êàìåðà; 8 - òåðìîñòàò äëÿ ïîääåðæàíèÿ òåìïåðàòóð êàìåðû; 9 - ñîñóä Äüþàðà äëÿ íóëåâûõ êîíöîâ òåðìîïàð ; 10 - öèôðîâîé âîëüòìåòð; 11 - òåðìîïàðà

ïåðåïàäà äàâëåíèÿ ïðèâîäèò ê ïåðåìåùåíèþ ðàáî÷åé ìåì-áðàíû ìàíîìåòðà è ñâÿçàííîãî ñ ìåìáðàíîé çåðêàëüöà, íà êîòîðîå ïàäàåò ñâåòîâîé ëó÷. Îòðàæåííûé ñâåòîâîé çàé÷èê ïîêàçûâàåò ñîîòâåòñòâóþùåå ñìåùåíèå ìåìáðàíû äàâëåíèÿ íà öèôðîâîé øêàëå ìàíîìåòðà. Èçìåíåíèå òåìïåðàòóðû ðàáî÷åé êàìåðû ïðîèñõîäèò ïóòåì ïàññèâíîãî åå íàãðåâà íà âîçäóõå ïîñëå ïðåäâàðèòåëüíîãî îõëàæäåíèÿ æèäêèì àçîòîì. Èçìåðåíèå òåìïåðàòóðû ïðîèçâîäèòñÿ ïðè ïîìîùè òåðìî-ïàðû, ÝÄÑ êîòîðîé èçìåðÿåòñÿ öèôðîâûì âîëüòìåòðîì.

2.2. Èçìåðåíèå äàâëåíèÿ íàñûùåííîãî ïàðà âîäû ïðè âû-ñîêèõ òåìïåðàòóðàõ

Äëÿ ïîñòðîåíèÿ êðèâîé ðàâíîâåñèÿ â ñèñòåìå æèäêîñòü - ïàð íåîáõîäèìî èçìåðèòü äàâëåíèå íàñûùåííîãî ïàðà íàä æèäêîñòüþ â çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû.

 äàííîì âàðèàíòå èñïîëüçóåòñÿ óñòàíîâêà, ïðåäñòàâëåí-íàÿ íà ðèñ.2.2.

 ðàáîòå èñïîëüçóåòñÿ ïðèíöèï íåïîñðåäñòâåííîé ïåðå-äà÷è äàâëåíèÿ ïàðà ÷åðåç æèäêîñòü â ìàíîìåòð ÷åðåç ñîåäè-íèòåëüíîå êîëåíî.

Äëÿ íàãðåâà è èñïàðåíèÿ æèäêîñòè èñïîëüçóåòñÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ïå÷ü, íåïîñðåäñòâåííî íàìîòàííàÿ íà ðàáî÷óþ êàìåðó 2. Íàãðåâ ïðèâîäèò ê ðîñòó äàâëåíèÿ ïàðîâ âîäû, ðåãèñòðèðóåìîãî ìàíîìåòðîì 4.

Èçìåðåíèå òåìïåðàòóðû â ðàáî÷åé êàìåðå îñóùåñòâëÿ-åòñÿ ïðè ïîìîùè õðîìåëü-êîïåëåâîé òåðìîïàðû 7, ïîìåùåí-íîé â çàïàÿííîì êàïèëëÿðå âíóòðè ðàáî÷åé êàìåðû, è öèôðî-âîãî âîëüòìåòðà 5. Íóëåâûå êîíöû òåðìîïàðû ïîìåùåíû â ñîñóäå Äüþàðà 6.

3. ÌÅÒÎÄÈÊÀ ÏÐÎÂÅÄÅÍÈß ÝÊÑÏÅÐÈÌÅÍÒÀ

3.1. Îïðåäåëåíèå òåïëîòû èñïàðåíèÿ èç êðèâûõ ôàçîâîãî ðàâíîâåñèÿ

Äëÿ ïîëó÷åíèÿ çàâèñèìîñòè äàâëåíèÿ íàñûùåííîãî ïàðà îò òåìïåðàòóðû ðàññìîòðèì Ð-Ò äèàãðàììû (ðèñ.1.1, 1.2).

Ðèñ.2.2. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêè:

1 - àâòîòðàíñôîðìàòîð (ËÀÒÐ); 2- ðàáî÷àÿ êàìåðà ; 3 - íàãðåâàòåëü; 4 - ìàíîìåòð; 5 - öèôðîâîé âîëüòìåòð; 6 - ñîñóä äëÿ íóëåâûõ êîíöîâ òåðìîïàðû; 7 - òåðìîïàðà

Êðèâàÿ èñïàðåíèÿ, ðàçäåëÿþùàÿ ôàçû: òâåðäîå òåëî - ïàð, æèäêîñòü-ïàð ñîñòîèò èç äâóõ ÷àñòåé: êðèâîé ñóáëèìàöèè 1 è êðèâîé ïàðîîáðàçîâàíèÿ 2 (ðèñ.1.1).

Åñëè òåìïåðàòóðà ôàçîâîãî ïåðåõîäà çíà÷èòåëüíî ìåíü-øå êðèòè÷åñêîé, òî îáúåìîì æèäêîñòè â ñëó÷àå ïàðîîáðàçî-âàíèÿ èëè îáúåìîì òâåðäîãî òåëà â ñëó÷àå ñóáëèìàöèè ìîæíî ïðåíåáðå÷ü è óðàâíåíèå Êëàïåéðîíà-Êëàóçèñà çàïèñàòü â âèäå:

, (3.1)

ãäå - óäåëüíûé îáúåì ïàðà.

Ïðè òåìïåðàòóðàõ çíà÷èòåëüíî ìåíüøå êðèòè÷åñêîé ïàð ìîæíî ñ÷èòàòü èäåàëüíûì ãàçîì. Äëÿ îäíîãî ìîëÿ:

. (3.2)

Ó÷èòûâàÿ ïîñëåäíåå ñîîòíîøåíèå, óðàâíåíèå (3.1) ìîæíî çàïèñàòü â ñëåäóþùåé ôîðìå:

. (3.3)

 òàêîì ïðèáëèæåíèè òåïëîòó èñïàðåíèÿ ìîæíî ñ÷èòàòü ïðèáëèçèòåëüíî ïîñòîÿííîé, íå çàâèñÿùåé îò òåìïåðàòóðû. Èíòåãðèðóÿ ñîîòíîøåíèå (3.3), èìååì:

(3.4)

Ïîñëåäíåå âûðàæåíèå ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü ýêñïåðèìåí-òàëüíî òåïëîòó èñïàðåíèÿ, êîòîðàÿ áóäåò îïðåäåëÿòñÿ òàíãåí-ñîì óãëà íàêëîíà ïðÿìîé â êîîðäèíàòàõ .

Îòêëîíåíèå ýêñïåðèìåíòàëüíûõ çíà÷åíèé îò ïðÿ-ìîé áóäåò óêàçûâàòü íà çàâèñèìîñòü òåïëîòû èñïàðåíèÿ îò òåìïåðàòóðû.

3.2. Çàäàíèå

3.2.1. Èçìåðèòü çàâèñèìîñòü äàâëåíèÿ íàñûùåííîãî ïàðà íàä ëüäîì è æèäêîñòüþ. Èçìåðåíèÿ ïðîâåñòè ïðè 10 ðàçëè÷-íûõ çíà÷åíèÿõ òåìïåðàòóð äëÿ êàæäîé èç ôàç.

3.2.2. Ïî ðåçóëüòàòàì èçìåðåíèé ïîñòðîèòü ãðàôèêè , îáðàáîòàòü ýêñïåðèìåíòàëüíûå êðèâûå ìåòî-äîì íàèìåíüøèõ êâàäðàòîâ îïðåäåëèòü òåïëîòû ôàçîâûõ ïå-ðåõîäîâ. Äëÿ íèçêîòåìïåðàòóðíîãî ó÷àñòêà êðèâîé ðàâíîâå-ñèÿ îïðåäåëèòü ïîëîæåíèå òðîéíîé òî÷êè. Âû÷èñëèòü ñëó÷àé-íóþ è ñèñòåìàòè÷åñêóþ ïîãðåøíîñòü èçìåðåííûõ âåëè÷èí.

3.2.3. Ïðîâåñòè ñðàâíåíèå ýêñïåðèìåíòàëüíûõ ðåçóëüòà-òîâ ñ òàáëè÷íûìè çíà÷åíèÿìè [3].

3.3. Ïîðÿäîê âûïîëíåíèÿ ðàáîòû ïðè èçìåðåíèè äàâëåíèÿ íàñûùåííîãî ïàðà ëüäà è âîäû âáëèçè òðîéíîé òî÷êè

Ýêñïåðèìåíò ïðîâîäèòñÿ íà óñòàíîâêå, èçîáðàæåííîé íà ðèñ.2.1.

3.3.1. Çàêðûòü âåíòèëè 2,3,6.

3.3.2. Îòêðûòü áàéïàñíûé âåíòèëü 5 (ðóêîÿòêà ñâîáîäíî âðàùàåòñÿ).

3.3.3. Çàïîëíèòü ñîñóä, â êîòîðûé ïîìåùåíû íóëåâûå êîíöû òåðìîïàð, ëüäîì.

3.3.4. Âêëþ÷èòü öèôðîâîé âîëüòìåòð ñîãëàñíî îïèñàíèþ ê ïðèáîðó è ïîäêëþ÷èòü åãî äëÿ èçìåðåíèÿ ÝÄÑ òåðìîïàðû 11 (ïîëîæåíèå òóìáëåðà âëåâî).

3.3.5. Âêëþ÷èòü ôîðâàêóóìíûé íàñîñ.

3.3.6. Îòêðûòü âåíòèëü 3, îòêà÷àòü ñèñòåìó â òå÷åíèå 10 ìèíóò.

3.3.7. Çàëèòü ñîñóä 8 æèäêèì àçîòîì è îõëàäèòü ðàáî÷óþ êàìåðó äî òåìïåðàòóðû íèæå -30 Ñ.

3.3.8. Îòêðûòü âåíòèëü 6, îòêà÷àòü ðàáî÷óþ êàìåðó. Ïîñ-ëå 5 ìèíóò îòêà÷êè âåíòèëü 5 çàêðûòü.

3.3.9. Ïðè äîñòèæåíèè òåìïåðàòóðû (-25 Ñ) â ïðîöåññå íàãðåâà îò îêðóæàþùåé ñðåäû ñèñòåìàòè÷åñêè ôèêñèðîâàòü ïîêàçàíèÿ òåìïåðàòóðû è äàâëåíèÿ (10 òî÷åê äî òåìïåðàòóðû, ðàâíîé 0 Ñ, è 10 òî÷åê äëÿ òåìïåðàòóðû áîëüøå 0 Ñ).

3.3.10. Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé çàíîñèòü â òàáë.Ï.1.

3.3.11. Ïîñëå îêîí÷àíèÿ ðàáîòû çàëèòü â ñîñóä 8 æèäêèé àçîò è âûäåðæàòü êàìåðó â àçîòå äëÿ îòêà÷êè ïàðîâ âîäû èç ìàíîìåòðà.

3.3.12. Çàêðûòü âåíòèëè 3 è 6, îòêðûòü âåíòèëü 5.

3.3.13. Âûêëþ÷èòü ôîðâàêóóìíûé íàñîñ, îòêðûòü çàæèì 2, íàïóñòèòü â íàñîñ àòìîñôåðó.

3.4. Ïîðÿäîê âûïîëíåíèÿ ðàáîòû ïðè èçìåðåíèè äàâëå-íèÿ íàñûùåííîãî ïàðà âîäû

Ýêñïåðèìåíò ïðîâîäèòñÿ íà óñòàíîâêå, èçîáðàæåííîé íà ðèñ.2.2.

3.4.1. Çàïîëíèòü ëüäîì ñîñóä, â êîòîðûé ïîìåùåíû íóëåâûå êîíöû òåðìîïàð.

3.4.2. Âêëþ÷èòü öèôðîâîé âîëüòìåòð ñîãëàñíî îïèñàíèþ ê ïðèáîðó, ïîäêëþ÷èâ åãî äëÿ èçìåðåíèÿ ÝÄÑ òåðìîïàðû 7 (ïîëîæåíèå òóìáëåðà âëåâî).

3.4.3. Âêëþ÷èòü ËÀÒÐ â ñåòü, óñòàíîâèòü íàïðÿæåíèå 60Â.

3.4.4. Çàïèñàòü ïîêàçàíèÿ ìàíîìåòðà è öèôðîâîãî âîëüò-ìåòðà ïðè ïîâûøåíèè äàâëåíèÿ (10-15 òî÷åê) â òàáë.11.1.

3.4.5. Íàãðåâ îòêëþ÷èòü, êîãäà ñòðåëêà ìàíîìåòðà ïðîé-äåò 320 äåëåíèé.

3.4.6. Ïðîâåñòè èçìåðåíèÿ ñîãëàñíî ï. 3.4.4 ïðè ïîíè-æåíèè òåìïåðàòóðû.

3.4.7. Îòêëþ÷èòü öèôðîâîé âîëüòìåòð ËÀÒÐ.

ÁÈÁËÈÎÃÐÀÔÈ×ÅÑÊÈÉ ÑÏÈÑÎÊ

1. Ëåâè÷ Â.Ã. Êóðñ òåîðåòè÷åñêîé ôèçèêè. Ò.1, Ì.: Íàóêà, 1969,.912 c.

2. Ïðèãîæèí È., Äåôåé Ð. Õèìè÷åñêàÿ òåðìîäèíàìèêà.- Íîâîñèáèðñê: Íàóêà, 1966,.509 c.

3. Òàáëèöû ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí: Ñïðàâî÷íèê./ Ïîä ðåä. àêàä. È.Ê. Êèêîèíà.-Ì.: Àòîìèçäàò, 1976,.1008 c.

ÏÐÈËÎÆÅÍÈÅ

Òàáëèöà Ï.1

Îïûòíûå äàííûå

ï/ï

Å,

mB

t,

°C

T,

K

P (ïî

ïðèáîðó)

Ð, Ïà

1

2

L

L

ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈÅ. Ïî îïòè÷åñêîìó ìàíîìåòðó èçìåðÿåòñÿ àá-ñîëþòíîå äàâëåíèå â ìì ðò. ñò., ïî îáðàçöî-âîìó ìàíîìåòðó - èçáûòî÷íîå äàâëåíèå â êãñ/ñì2.

Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 3

ÒÅÏËÎÅÌÊÎÑÒÜ ÊÐÈÑÒÀËËÈ×ÅÑÊÈÕ ÒÅË

ÂÂÅÄÅÍÈÅ

Öåëü ðàáîòû - îçíàêîìëåíèå ñ ìèêðîñêîïè÷åñêîé òåîðèåé òåïëîåìêîñòè êðèñòàëëè÷åñêèõ òåë, îçíàêîìëåíèå ñ óñòàíîâêîé äëÿ èçìåðåíèÿ òåïëîåìêîñòè, èçìåðåíèå òåïëîåìêîñòè äâóõ îáðàçöîâ.

1. ÒÅÎÐÈß ÒÅÏËÎÅÌÊÎÑÒÈ ÊÐÈÑÒÀËËÎÂ

Òåïëîåìêîñòü ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ôèçè÷åñêóþ õàðàêòåðèñòèêó òåëà è îïðåäåëÿåòñÿ îòíîøåíèåì ïîäâåäåííîãî â íåêîòîðîì òåðìîäèíàìè÷åñêîì ïðîöåññå òåïëà ê âûçâàííîìó ýòèì òåïëîì èçìåíåíèþ òåìïåðàòóðû òåëà. Ïîìèìî ñâîéñòâ ñàìîãî òåëà òåïëîåìêîñòü çàâèñèò îò ïðîöåññà ïîäâîäà òåïëà. ×àùå âñåãî èìåþò äåëî ñ òåïëîåìêîñòüþ ïðè ïîñòîÿííîì äàâëåíèè P èëè ñ òåïëîåìêîñòüþ Ñv ïðè ïîñòÿííîì îáúåìå . Òåðìîäèíàìèêà äàåò ñëåäóþùåå ñîîòíîøåíèå ìåæäó íèìè:

, (1.1)

ãäå Q è Ò - êîëè÷åñòâî òåïëîòû è òåìïåðàòóðà.

Äëÿ êðèñòàëëè÷åñêèõ òåë òåïëîåìêîñòè è îòëè÷àþòñÿ î÷åíü ìàëî è â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè èõ ìîæíî ñ÷èòàòü ñîâïàäàþùèìè:

Äëÿ òîãî ÷òîáû òåîðåòè÷åñêè ïîëó÷èòü âûðàæåíèå äëÿ òåïëîåìêîñòè êðèñòàëëà, íåîáõîäèìî âîñïîëüçîâàòüñÿ êàêîé - ëèáî äèíàìè÷åñêîé ìîäåëüþ êðèñòàëëà.  ïåðâîì ïðèáëèæåíèè ìîæíî ïðèíÿòü, ÷òî àòîìû (èëè èîíû) â óçëàõ êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè ñîâåðøàþò ìàëûå (òåïëîâûå) êîëåáàíèÿ îêîëî íåêîòîðûõ ïîëîæåíèé ðàâíîâåñèÿ. Åñëè ñ÷èòàòü, ÷òî êàæäûé àòîì (èîí) èìååò òðè êîëåáàòåëüíûõ ñòåïåíè ñâîáîäû, òî âåñü êðèñòàëë, ñîñòîÿùèé èç N àòîìîâ, ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ñîâîêóïíîñòü 3N ëèíåéíûõ ãàðìîíè÷åñêèõ îñöèëëÿòîðîâ, èìåþùèõ îäèíàêîâóþ ÷àñòîòó êîëåáàíèé.

Òîãäà äëÿ ýíåðãèè òàêîãî êðèñòàëëà ïîëó÷èì âûðàæåíèå:

, (1.2)

ãäå - ñðåäíÿÿ ýíåðãèÿ îäíîãî îñöèëëÿòîðà.

 êëàññè÷åñêîì ïðèáëèæåíèè:

=kT, òîãäà E=3NkT è

Ïåðåõîäÿ ê ìîëÿðíîé òåïëîåìêîñòè, ïîëó÷àåì

Ñ=3N0k=3R , (1.3)

ãäå N0 - ÷èñëî Àâîãàäðî, R - óíèâåðñàëüíàÿ ãàçîâàÿ ïîñòîÿííàÿ.

Ìû ïîëó÷èëè èçâåñòíûé çàêîí Äþëîíãà è Ïòè, ñîãëàñíî êîòîðîìó òåïëîåìêîñòü êðèñòàëëè÷åñêèõ òåë îäèíàêîâà è íå çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû. Ðàññ÷èòàííàÿ ïî ôîðìóëå (1.3) âåëè÷èíà òåïëîåìêîñòè íàõîäèòñÿ â õîðîøåì ñîãëàñèè ñ ýêñïåðèìåíòîì ïðè äîñòàòî÷íî âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ.

Îäíàêî íà ýòîé ìîäåëè íåâîçìîæíî îáúÿñíèòü ðåçêîå óìåíüøåíèå òåïëîåìêîñòè ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ (Ò0), ãäå .

 1905 ãîäó Ýéíøòåéí, òàêæå ðàññìàòðèâàÿ êðèñòàëë êàê ñîâîêóïíîñòü 3N îäíîìåðíûõ ãàðìîíè÷åñêèõ îñöèëëÿòîðîâ, âîñïîëüçîâàëñÿ âìåñòî ñîîòíîøåíèÿ êâàíòîâî-ìåõàíè÷åñêèì âûðàæåíèåì äëÿ ñðåäíåé ýíåðãèè îñöèëëÿòîðà:

(1.4)

òîãäà

(1.5)

Ðåçóëüòàò Ýéíøòåéíà õîòÿ è ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ òåïëîåìêîñòè ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ, íî ïðåäñêàçûâàåò çíà÷èòåëüíî áîëåå ðåçêîå åå èçìåíåíèå (), ÷åì íàáëþäàåìîå íà ïðàêòèêå ().

Íåäîñòàòîê ìîäåëè Ýéíøòåéíà ñîñòîèò â òîì, ÷òî êîëå-áàíèÿ îòäåëüíûõ àòîìîâ ñ÷èòàþòñÿ íåçàâèñèìûìè è èì ïðè-ïèñûâàåòñÿ îäèíàêîâàÿ ÷àñòîòà.  äåéñòâèòåëüíîñòè æå ñàìî ñóùåñòâîâàíèå êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè óêàçûâàåò íà äîñòà-òî÷íî ñèëüíóþ ñâÿçü ìåæäó àòîìàìè.

Äåáàé ñîïîñòàâèë îñöèëëÿòîðàì íå êîëåáàíèÿ îòäåëüíûõ àòîìîâ, à ñîáñòâåííûå óïðóãèå êîëåáàíèÿ òâåðäîãî òåëà êàê öåëîãî. Îí ïðåäëîæèë ñïåêòð êîëåáàíèé òâåðäîãî òåëà òðàêòîâàòü êàê ñïåêòð îäíîðîäíîé óïðóãîé ñðåäû. Ïðè ýòîì äëÿ ñîõðàíåíèÿ ñîîòâåòñòâèÿ ñ ÷èñëîì 3N ñòåïåíåé ñâîáîäû, ÷èñëî íåçàâèñèìûõ óïðóãèõ êîëåáàíèé (âîëí) òåëà ñ÷èòàåòñÿ ðàâíûì 3N. Òåïåðü äëÿ ýíåðãèè êðèñòàëëà âìåñòî (1.2) ñëåäóåò çàïèñàòü âûðàæåíèå:

(1.6)

ãäå -ôóíêöèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ ñîáñòâåííûõ êîëåáàíèé ïî ñïåêòðó ÷àñòîò.

Ïîñëå âû÷èñëåíèÿ ýòîé ôóíêöèè ïîëó÷èì ñëåäóþùåå âûðàæåíèå äëÿ òåïëîåìêîñòè:

(1.7)

ãäå ÷åðåç îáîçíà÷åíà äåáàåâñêàÿ ôóíêöèÿ, - õàðàê-òåðèñòè÷åñêàÿ òåìïåðàòóðà Äåáàÿ,

(1.8)

Îòñþäà î÷åâèäíî, ÷òî ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ (Ò<<) óðàâíåíèå (1.7) ìîæåò áûòü ïðåîáðàçîâàíî ê âèäó:

. (1.9)

 ñîîòâåòñòâèè ñ ýòèì óðàâíåíèåì òåïëîåìêîñòü òâåðäîãî òåëà ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ ïðîïîðöèîíàëüíà òðåòüåé ñòåïåíè òåìïåðàòóðû . Ýòî ñîîòíîøåíèå íàçûâàþò êóáè÷åñêèì çàêîíîì Äåáàÿ.

Âèäíî òàêæå, ÷òî ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ (Ò>>) óðàâíåíèå (1.7) àñèìïòîòè÷åñêè ïðèáëèæàåòñÿ ê óðàâíåíèþ (1.3) Äþëîíãà è Ïòè.

Çàâèñèìîñòü àòîìàðíîé òåïëîåìêîñòè òâåðäûõ òåë îò òåìïåðàòóðû, îïèñûâàåìàÿ óðàâíåíèåì Äåáàÿ (1.7), ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ.1.1.

2. ÝÊÑÏÅÐÈÌÅÍÒÀËÜÍÀß ÓÑÒÀÍÎÂÊÀ

2.1. Îïèñàíèå ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêè

Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ óñòàíîâêà ñîñòîèò èç âàêóóìíîé ñèñòåìû, âàêóóìíîãî êàëîðèìåòðà è ýëåêòðè÷åñêîé ÷àñòè.

Óñòðîéñòâî âàêóóìíîãî êàëîðèìåòðà ïîêàçàíî íà ðèñ.2.1.

Ñ öåëüþ óìåíüøåíèÿ òåïëîîòäà÷è îò îáðàçöîâ 1 îáúåì ïîä êîëïàêîì 2 âàêóóìíîãî êàëîðèìåòðà îòêà÷èâàåòñÿ.

Ñõåìà ýëåêòðè÷åñêîé ÷àñòè óñòàíîâêè èçîáðàæåíà íà ðèñ.2.2.

Òåìïåðàòóðà îáðàçöîâ èçìåðÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ ìåäüêîíñòàíòàíîâûõ òåðìîïàð, "ãîðÿ÷èå" ñïàè êîòîðûõ Ò1 è Ò2 çàêðåïëåíû âíóòðè îáðàçöîâ, à "õîëîäíûå" ñïàè ïîìåùå-íû â òåðìîñòàò Òî , òåìïåðàòóðà êîòîðîãî ïîääåðæèâàåòñÿ ðàâíîé 0Ñ (òåìïåðàòóðà òàÿíèÿ ëüäà). ÝÄÑ òåðìîïàð èçìåðÿþò öèôðîâûì âîëüòìåòðîì.

Íàãðåâ îáðàçöîâ îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ íàãðåâàòåëåé Í1 è Í2, èçãîòîâëåííûõ èç ìàíãàíèíîâîé ïðîâîëîêè äèàìåòðîì 0,00012 ì, ïî êîòîðûì ïðîïóñêàåòñÿ ýëåêòðè÷åñêèé òîê îò ðåãóëèðóåìîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ "Àãàò". Íàãðåâàòåëè íàâèòû íà ñëþäÿíóþ èçîëÿöèþ è ïîìåùåíû âíóòðü îáðàçöîâ. Ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà íàãðåâàòåëÿõ è îáðàçöîâîì ïðîâîëî÷íîì ñîïðîòèâëåíèè Rî=(1,0150,001) Îì âî âðåìÿ íàãðåâà îáðàçöîâ èçìåðÿþò òåì æå öèôðîâûì âîëüòìåòðîì Â7-21. Âðåìÿ íàãðåâà îáðàçöîâ îòñ÷èòûâàåòñÿ ïî öèôðîâîìó ýëåêòðîííîìó ñåêóíäîìåðó ÑÝÖ-100.

Îòêà÷êà âàêóóìíîãî êàëîðèìåòðà îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ ôîðâàêóóìíîãî íàñîñà ÇÍÂÐ-Ä äî äàâëåíèÿ 0,01 ìì ðò.ñò.

2.2. Âûâîä ôîðìóë äëÿ ðàñ÷åòà òåïëîåìêîñòè ïî ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì

Êîëè÷åñòâî òåïëà, âûçâàâøåãî èçìåíåíèå òåìïåðàòóðû îáðàçöà çà âðåìÿ dt, ìîæíî çàïèñàòü â âèäå óðàâíåíèÿ òåïëîâîãî áàëàíñà:

, (2.1)

ãäå - òåïëîåìêîñòü îáðàçöà;

Ò è Òî - òåìïåðàòóðà îáðàçöà è îêðóæàþùåé ñðåäû;

U è I - íàïðÿæåíèå è òîê, ïðîòåêàþùèå ÷åðåç íàãðåâàòåëü;

- êîýôôèöèåíò òåïëîîáìåíà îáðàçöà ñ îêðóæàþùåé ñðåäîé.

Ñîîòíîøåíèå (2.1) ìîæíî ïåðåïèñàòü â âèäå:

(2.2)

ãäå îáîçíà÷åíî .

Ðèñ.1.1. Çàâèñèìîñòü àòîìàðíîé òåïëîåìêîñòè òâåðäûõ òåë îò òåìïåðàòóðû, îïèñûâàåìàÿ óðàâíåíèåì Äåáàÿ

Ðåøåíèå óðàâíåíèÿ (2.2) èìååò âèä:

, (2.3)

ãäå - êîíñòàíòà èíòåãðèðîâàíèÿ. Ó÷èòûâàÿ, ÷òî â íà÷àëüíûé ìîìåíò âðåìåíè Ò = Òî, íàõîäèì, ÷òî =Òî.

Ðèñ.2.1. Ñõåìà âàêóóìíîãî êàëîðèìåòðà:

1 - îáðàçöû; 2 - êîëïàê; 3 - ôëàíåö; 4 - ýëåêòðè÷åñêèé ðàçúåì; 5- òîêîâûå è ïîòåíöèàëüíûå âûâîäû; 6 - ïàòðóáîê âàêóóìíîé îòêà÷êè êàëîðèìåòðà

Ïîëàãàÿ, ÷òî èçìåíåíèå òåìïåðàòóðû ïðè íàãðåâå îáðàçöà íåâåëèêî, òàê ÷òî òåïëîåìêîñòü ïðè ýòîì ìîæíî ñ÷èòàòü ïîñòîÿííîé, íàéäåì ïðèðàùåíèå òåìïåðàòóðû

. (2.4)

Ðèñ.2.2. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ýëåêòðè÷åñêîé ÷àñòè ýêñïåðèìåíòàëüíîé óñòàíîâêè:

ÀÃÀÒ - ðåãóëèðóåìûé ïðèáîð ïèòàíèÿ; ÑÝÖ-100 - ñåêóíäîìåð ýëåêòðîííûé öèôðîâîé; Â7-21 - öèôðîâîé âîëüòìåòð; Í1,Í2 - ïðîâî­ëî÷íûå íàãðåâàòåëè; Rî - îáðàçöîâîå ñîïðîòèâëåíèå; Ò1,Ò2 - ãîðÿ­÷èå ñïàè òåðìîïàð; Òî - òåðìîñòàò

Îòñþäà òåïëîåìêîñòü îáðàçöà

(2.5)

Åñëè âçÿòü íàãðåâàòåëü ñ ìàëûì òåìïåðàòóðíûì êîýôôè-öèåíòîì ñîïðîòèâëåíèÿ, òî åãî ñîïðîòèâëåíèå ïðè íåáîëü-øîì èçìåíåíèè òåìïåðàòóðû ìîæíî ñ÷èòàòü ïîñòîÿííûì. Òîãäà áóäóò ïîñòîÿííûìè íàïðÿæåíèå è òîê, ïðîòåêàþùèå ÷åðåç íàãðåâàòåëü.  ýòîì ñëó÷àå ìîëÿðíóþ òåïëîåìêîñòü ìàòåðèàëà îáðàçöà, ïî ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì, ìîæíî âû÷èñëèòü ïî ôîðìóëå:

(2.6)

ãäå Ì - ìîëåêóëÿðíûé âåñ âåùåñòâà îáðàçöà;

m - ìàññà îáðàçöà

Âåëè÷èíû K è Ò âû÷èñëÿþòñÿ ïî òîé ÷àñòè ýêñïåðè-ìåíòàëüíîé êðèâîé Ò=Ò(t), êîòîðàÿ èçìåðÿåòñÿ ïîñëå âûêëþ÷åíèÿ íàãðåâà îáðàçöà.  ñàìîì äåëå, óðàâíåíèå (2.2) â ýòîì ñëó÷àå ïðèíèìàåò âèä:

(2.7)

Åñëè îòñ÷èòûâàòü âðåìÿ ñ ìîìåíòà âûêëþ÷åíèÿ íàãðåâà, òî

(2.8)

ãäå - òåìïåðàòóðà îáðàçöà â ìîìåíò âûêëþ÷åíèÿ íàãðåâà.

Ëîãàðèôìèðóÿ (2.8) è ó÷èòûâàÿ, ÷òî , íàõîäèì:

(2.9)

Ýòî óðàâíåíèå ïðÿìîé â êîîðäèíàòàõ

Òàêèì îáðàçîì, è Ê ìîæíî ðàññ÷èòàòü ìåòîäîì íàèìåíüøèõ êâàäðàòîâ, çíàÿ ýêñïåðèìåíòàëüíóþ çàâèñèìîñòü òåìïåðàòóðû îáðàçöà îò âðåìåíè ïîñëå îòêëþ÷åíèÿ íàãðåâà.

Åñëè êîýôôèöèåíò K äîñòàòî÷íî ìàë, òî ðàñ÷åòíóþ ôîðìóëó äëÿ îïðåäåëåíèÿ ìîëÿðíîé òåïëîåìêîñòè ïî ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì (2.6) ìîæíî ïðåîáðàçîâàòü, ó÷èòûâàÿ, ÷òî ïðè äîñòàòî÷íî ìàëîì Kt

(2.10)

Ïîëó÷àåì

(2.11)

3. ÌÅÒÎÄÈÊÀ ÏÐÎÂÅÄÅÍÈß ÝÊÑÏÅÐÈÌÅÍÒÀ

3.1. Çàäàíèå

3.1.1. Îçíàêîìèòüñÿ ñ òåîðèåé òåïëîåìêîñòè êðèñòàëëè÷åñêèõ òåë è èíñòðóêöèÿìè ê ïðèáîðàì.

3.1.2. Ïðîèçâåñòè ýêñïåðèìåíòàëüíûå èçìåðåíèÿ ñîãëàñ-íî ï.3.3.

3.1.3. Îáðàáîòàòü ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå ñîãëàñíî ï.3.4.

3.1.4. Ïðîâåñòè ñðàâíåíèÿ èçìåðåííîé âåëè÷èíû ñ äàí-íûìè, ïîëó÷åííûìè ïî ôîðìóëå Äåáàÿ (ñì. ðèñ.1.1, òàáë. 11.1), à òàêæå ñ òàáëè÷íûìè äàííûìè [4].

3.2. Ìåòîäèêà èçìåðåíèé

Ïîñëå îòêà÷êè âàêóóìíîãî êàëîðèìåòðà âêëþ÷àþò íàãðåâ ïåðâîãî îáðàçöà (ñåêóíäîìåð ÑÝÖ-100 îòñ÷èòûâàåò âðåìÿ íàãðåâà îáðàçöà) è ñ ïîìîùüþ öèôðîâîãî âîëüòìåòðà èçìå-ðÿþò ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ ñíà÷àëà íà íàãðåâàòåëå, ïîòîì íà îáðàçöîâîì ñîïðîòèâëåíèè Rî. Ïîñëå îòêëþ÷åíèÿ íàãðåâà (íà ñåêóíäîìåðå äåëàþò ñáðîñ âðåìåíè íàãðåâà, è îí íà÷èíàåò ïîêàçûâàòü âðåìÿ îñòûâàíèÿ îáðàçöà) ñ ïîìîùüþ òîãî æå âîëüòìåòðà èçìåðÿþò ÝÄÑ òåðìîïàðû ÷åðåç îïðåäåëåííûå ïðîìåæóòêè âðåìåíè.

3.3. Ïîðÿäîê èçìåðåíèé

3.3.1. Âêëþ÷èòü ôîðâàêóóìíûé íàñîñ (âêëþ÷àåò ïðåïî-äàâàòåëü).

3.3.2. Îòêà÷àòü îáúåì êàëîðèìåòðà.

3.3.3. Çàïîëíèòü òåðìîñòàò âîäîé ñî ñíåãîì (ëüäîì).

3.3.4. Ïåðåêëþ÷èòü âñå òóìáëåðû ñåëåêòîðà â íèæíåå ïîëîæåíèå.

3.3.5. Âêëþ÷èòü â ñåòü ýëåêòðîííûé ñåêóíäîìåð ÑÝÖ-100. Ïîñòàâèòü ïåðåêëþ÷àòåëü ðåæèìà ðàáîò â ïîëîæåíèå "Àâòîìàò", íàæàòü êíîïêó "Ñáðîñ", âêëþ÷èòü êíîïêó "Îòñ÷åò".

3.3.6. Âêëþ÷èòü â ñåòü ïðèáîð ïèòàíèÿ "Àãàò". Ïîñòà-âèòü ïåðåêëþ÷àòåëü äèàïàçîíîâ â ïîëîæåíèå "8-11 â". Ñ ïî-ìîùüþ ðóêîÿòêè è ïëàâíîé ðåãóëèðîâêè " " ïîñòàâèòü ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ (îêîëî 8 B ïî øêàëå âñòðîåííîãî âîëüòìåòðà).

3.3.7. Âêëþ÷èòü â ñåòü öèôðîâîé âîëüòìåòð. Ïîñòàâèòü äèàïàçîí èçìåðåíèé â ïîëîæåíèå "10 ìV". Ïðè ýòîì íà òàáëî âîëüòìåòðà âûñâåòèòñÿ ïîêàçàíèå ÝÄÑ òåðìîïàðû âòîðîãî îáðàçöà. Çàïèñàòü åãî. Ïåðåêëþ÷èòü äèàïàçîí èçìåðåíèé â ïîëîæåíèå "10 V".

3.3.8. Íà ñåëåêòîðå ïåðåêëþ÷èòü òóìáëåð Â4 â ïîëîæå-íèå "íàãðåâàòåëü" (âåðõíåå), òóìáëåð Â2 â ïîëîæåíèå "èçìå-ðåíèå ìîùíîñòè" (âåðõíåå). Âêëþ÷èòü íàãðåâ îáðàçöà, ïåðå-êëþ÷èâ òóìáëåð Â1 â ïîëîæåíèå "íàãðåâ". Ïðè ýòîì íà÷íåò ðàáîòàòü ñåêóíäîìåð ÑÝÖ-100, îòñ÷èòûâàÿ âðåìÿ íàãðåâà îáðàçöà, çàïèñàòü ïîêàçàíèÿ âîëüòìåòðà.

3.3.9. Ïåðåêëþ÷èòü íà ñåëåêòîðå òóìáëåð Â4 â ïîëîæå-íèå "Ñîïðîòèâëåíèå" (íèæíåå). Çàïèñàòü ïîêàçàíèÿ âîëüò-ìåòðà.

3.3.10. Ïåðåêëþ÷èòü íà ñåëåêòîðå òóìáëåð Â2 â ïîëîæå-íèå "Òåìïåðàòóðà" (íèæíåå). Íà öèôðîâîì âîëüòìåòðå ïî-ñòàâèòü äèàïàçîí "10 ìV". Ïðè ýòîì áóäåò âèäíî èçìåíåíèå ÝÄÑ òåðìîïàðû, ñîîòâåòñòâóþùåå ðîñòó òåìïåðàòóðû îáðàçöà ïðè íàãðåâå.

3.3.11. Âûáðàòü âðåìÿ íàãðåâà îáðàçöà (30 ñåêóíä) è çàïèñàòü åãî. Ïðè âûñâå÷èâàíèè ýòîãî âðåìåíè íà òàáëî ñåêóíäîìåðà ÑÝÖ-100 îäíîâðåìåííî âûêëþ÷èòü íàãðåâ îá-ðàçöà òóìáëåðîì Â1 (íèæíåå ïîëîæåíèå "Îòêë.") è ïåðå-êëþ÷èòü ñåêóíäîìåð â ðó÷íîé ðåæèì ñ÷åòà (ïåðåêëþ÷àòåëü â ïîëîæåíèå "Ðó÷íîé"), ñðàçó æå íàæàòü êíîïêó "Ñáðîñ". Ñåêóíäîìåð íà÷íåò îòñ÷èòûâàòü âðåìÿ ïîñëå îòêëþ÷åíèÿ íàãðåâà îáðàçöà.

3.3.12. Çàïèñûâàòü ïîêàçàíèÿ âîëüòìåòðà ïî ìåðå îñòû-âàíèÿ îáðàçöà (ïîêàçàíèÿ ñíèìàòü ÷åðåç êàæäûå 100 ñåêóíä). Ïðîâåñòè íå ìåíåå 10 èçìåðåíèé.

3.3.13. Ê ðàáîòå ñî âòîðûì îáðàçöîì ìîæíî ïðèñòóïàòü ïîñëå îñòûâàíèÿ ïåðâîãî îáðàçöà. Ïðè ýòîì ïîêàçàíèÿ íà âîëüòìåòðå ÝÄÑ òåðìîïàð îáðàçöîâ äîëæíû áûòü áëèçêèìè ïî âåëè÷èíå. Äëÿ èçìåðåíèé íåîáõîäèìî ïåðåêëþ÷àòü òóì-áëåð ñåëåêòîðà Â3.

3.3.14. Ïîñëå îêîí÷àíèÿ ðàáîòû íà óñòàíîâêå ïåðåêëþ-÷èòü âñå òóìáëåðû ñåëåêòîðà â íèæíåå ïîëîæåíèå, îòêëþ-÷èòü ïðèáîðû, âûëèòü âîäó èç òåðìîñòàòà.

3.3.15. Âêëþ÷àòü óñòàíîâêó è âûêëþ÷àòü åå ïî ðàçðå-øåíèþ ïðåïîäàâàòåëÿ.

3.4. Îáðàáîòêà ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé

3.4.1. Ïîñòðîèòü ãðàôèê çàâèñèìîñòè (2.9).

3.4.2. Îáðàáîòàâ ïðÿìóþ (2.9) ìåòîäîì íàèìåíüøèõ êâàäðàòîâ, âû÷èñëèòü Ò è Ê.

3.4.3. Ïî ôîðìóëàì (2.6) è (2.11) ðàññ÷èòàòü ìîëÿðíûå òåïëîåìêîñòè îáðàçöîâ è îöåíèòü èõ ïîãðåøíîñòè.

ÁÈÁËÈÎÃÐÀÔÈ×ÅÑÊÈÉ ÑÏÈÑÎÊ

1. Êèòòåëü ×. Ýëåìåíòàðíàÿ ôèçèêà òâåðäîãî òåëà. Ì.: Íàóêà, 1965. 321 ñ.

2. Çàéìàí Äæ. Ïðèíöèïû òåîðèè òâåðäîãî òåëà. Ì.: Ìèð, 1974. 472 ñ.

3. Ëåéáôðèä Ã. Ìèêðîñêîïè÷åñêàÿ òåîðèÿ ìåõàíè÷åñêèõ è òåïëîâûõ ñâîéñòâ êðèñòàëëîâ. Ì.: Ôèçìàòãèç, 1963. 363ñ.

4. Òàáëèöû ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí: Ñïðàâî÷íèê / Ïîä îáù. ðåä. àêàä. È.Ê. Êèêîèíà. Ì.: Àòîìèçäàò, 1976. 1008 ñ.

ÏÐÈËÎÆÅÍÈÅ

Òàáëèöà Ï.1.

Âåùåñòâî

, Ê

Íàòðèé

150

Ñåðåáðî

215

Àëþìèíèé

402

Áåðèëèé

1000

Öèíê

250

Ìåäü

332

Æåëåçî

420

Îëîâî

260

Ñâèíåö

88

Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòà

Å0= ,mB; Uí= ,B; U=, B;

T0= ,C; tí= ,ñ

t,ñ

E,mB

T,C

T-T0,C

100

200

.

.

.

1000

ÒÅÐÌÎÄÈÍÀÌÈÊÀ

Ñîñòàâèòåëè: Íèêîëàåâ Ãåðìàí Ïåòðîâè÷

Êóïðÿæêèí Àíàòîëèé ßêîâëåâè÷

Àëåêñååíêî Íèêîëàé Íèêîëàåâè÷

Ðåäàêòîð Ë.Þ. Êîçÿé÷åâà

____________________________________________________

Ïîäïèñàíî â ïå÷àòü 18.03.93 Ôîðìàò 60õ84 1/16

Áóìàãà Ïëîñêàÿ ïå÷àòü Óñë.ï.ë 2,56

Ó÷.-èçä.ë. 2,00 Òèðàæ 150 Çàêàç 182 Öåíà "C"

____________________________________________________

Ðåäàêöèîííî-èçäàòåëüñêèé îòäåë ÓÃÒÓ-ÓÏÈ

620002, Åêàòåðèíáóðã, ÓÃÒÓ-ÓÏÈ, 8-é ó÷åáíûé êîðïóñ

Ðîòàïðèíò ÓÃÒÓ-ÓÏÈ. 620002, Åêàòåðèíáóðã, ÓÃÒÓ-ÓÏÈ, 8-é ó÷åáíûé êîðïóñ


*  ëàáîðàòîðíîé ðàáîòå ìû íå èìååì âîçìîæíîñòè èñïîëüçîâàòü äëèòåëüíîå òåðìîñòàòèðîâàíèå â êðèòè÷åñêîé òî÷êå, ïîýòîìó ïîêàçàíèÿ ñíèìàþòñÿ â ðåæèìå, áëèçêîì ê ñòàöèîíàðíîìó (ìåäëåííîå èçìåíåíèå Ð è Ò).

Оценить/Добавить комментарий
Имя
Оценка

Работы, похожие на Учебное пособие: Методические указания к лабораторным работам №1,2,3 для студентов физико-технического факультета Екатеринбург 1993

Назад
Меню
Главная
Рефераты
Благодарности
Опрос
Станете ли вы заказывать работу за деньги, если не найдете ее в Интернете?

Да, в любом случае.
Да, но только в случае крайней необходимости.
Возможно, в зависимости от цены.
Нет, напишу его сам.
Нет, забью.



Результаты(222521)
Комментарии (3006)
Copyright © 2005-2019 BestReferat.ru bestreferat@gmail.com реклама на сайте

Рейтинг@Mail.ru