Методика проведения эксперимента

Рассмотрим экспериментальную установку, состоящую из баллона объемом V0, к которому через клапан подсоединен капилляр. В баллон заканчивается воздух, затем открывается кран, и воздух из баллона вытекает через капилляр в атмосферу. При этом давление в баллоне уменьшается, и перепад давления на концах капилляра ΔP=P-P_атм также непрерывно убывает.

Перепад давления будет зависеть от времени истечения воздуха из капилляра:

(6)

где ΔP₀ – перепад давления в начальный момент времени t=0; τ – время релаксации, т.е. время, за которое начальный перепад давления убывает в е раз.

Продифференцировав это уравнение по времени, получим:

(7)

Логарифмируя (6), получим уравнение:

(8)

из которого следует, что график зависимости ln(ΔP) от t – прямая линия.

Истечение воздуха из баллона через капилляр можно рассматривать как процесс изотермического расширения газа с постоянной массой.

Тогда согласно уравнению Менделеева-Клайперона: PV=const. Продифференцировав это уравнение по времени, получим:

Учтем, что

получим, используя (3), (7)

Поскольку можно принять P≈P_атм и V≈V₀ (итоговая ошибка не более 20%), то

(9)

Полученная рабочая формула верна только для ламинарного течения газа. Если на графике зависимости ln(ΔP) от t наблюдается излом, то это означает, что при высоких перепадах ΔP режим течения является турбулентным (участок “ а ” на рис.4). По этому, в дальнейших расчетах следует использовать только данные участка «в».

Все измерения проводятся при помощи блока для определения термодинамических характеристик воздуха БЛТ2. Этот блок позволяет определять:

1) показатель адиабаты воздуха γ;

2) динамическую вязкость воздуха методом истечения из капилляра.

Блок состоит из двух модулей:

1) электронный блок;

2) измерительная камера.

На передней панели электронного блока БЛТ2 (рис.6) расположены:

1 – индикатор давления;

2 – кнопка коррекции нуля; 3 – секундомер;

4 – кнопка «Запись»;

5 – кнопка выбора режима «Ручной»;

6 – кнопка выбора режима «Автоматический»;

7 – кнопка выбора режима «Импульсный»;

8 – кнопка выбора «Пуск/Стоп»;

9 – кнопка «Воспроизведение»;

10 – кнопки выбора отсчетов;

11 – индикатор выбора отсчетов;

12 – кнопка включения компрессора «Накачка».

13 – кнопка выключателя «Сеть». Измерительная камера представлена на рис.7:

1 – измерительная камера;

2 – вентиль для соединения капилляра 1;

3 – капилляр 1;

4 – вентиль для соединения капилляра 2;

5 – капилляр 2;

6 – вентиль для выравнивания давления в камере с атмосферным;

7 – электромагнитный клапан.

Давление воздуха в камере контролируется дифференциальным датчиком давления, соединенным с камерой трубкой. Измерения показателя адиабаты производятся в импульсном режиме «Авт.». Ниже представлен алгоритм работы электронного блока БЛТ2 в этом режиме.

1. После нажатия кнопки «Пуск», записывается в память начальное значения давления и открывается ЭМ клапан.

2. Через каждые 0,3 кПа происходит запись очередных отсчетов давления и времени в автоматическом режиме.

3. После повторного нажатия кнопки «Пуск» прибор переходит в режим ожидания

4. Просмотр отсчетов записей осуществляется в режиме ожидания. Для начала просмотра нажмите кнопку «Воспроизведение» 9. С помощью кнопок выбора отсчѐтов 10 и индикатора 11 осуществляется просмотр записей.