Учебный прибор по термодинамике

)5 6 09 В 23/12 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Е ИЗОБРЕТЕН ОП АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 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. Бюл. %43 ский политехни накуца, Н.И.Гнид ов, В.С.Савина ческии институ Л.Г.Петрен,М.Счастли 088.8)ое свидетельсткл,609 В 23/1(54) УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ПО ТЕРМОДИНАМИКЕ(57) Изобретение относится к устройствамдля практического освоения термодинамиФкИзобретение относится к устройствамдля практического освоения термодинамических циклов и может быть использованона лабораторных занятиях и в качестве лекционнойй демонстрации,Целью изобретения является упрощение конструкции при расширении дидактических возможностей,На фиг.1 представлена схематическаяконструкция прибора; на фиг,2 - диаграмма, поясняющая расчет показателя адиабаты по измеренным давлениям.Прибор состоит из основного сильфона1, вспомогательного сильфона 2, регулятора3 начального объема, газа в,сильфонах 1 и 2,образующих совместно герметичный сосуд,манометра 4, измеряющего избыточноедавление в сильфонах, вентиля 5 для впускаисследуемого газа, например атмосферноговоздуха, шарнира 6, на котором укрепленстержень 7, несущий тело-рейтер 8, котороезакрепляется на стержне 7 винтом 9, штока10, защелки 11 для укрепления рычага 7 вначальном положении, вертикальной шкалы 12, проградуированной по углу ротклонения стержня рычага 7 от горизонтали, атакже подвижного фиксатора 13 свободного конца стержня рычага 7,При отклонении горизонтального стержня рычага 7 на угол р потенциальная энергия системы сжатия уменьшается навеличинуЛИ/= (М - + тх)9 з 1 п р, (1)2где М - масса стержня;гл - масса тела-рейтера;1 - длина стержня,х - расстояние тела-рейтера до шарнира 6.При остановке стержня в крайнем нижнем положении убыль ЛИ/ потенциалънойэнергии равна сумме потенциальной энергии, приобретенной основным сильфоном 1,и работе А, затраченной на сжатие газа (трением в шарнире пренебрегаем):ЛЮ= ЛВ/ + А: Р)НбА= РОН, (3)Чагде Р - давление; На, Нб - соответственноначальный и конечный объемы газа в основном 1 и дополнительном 2 сильфонах.Корреляция ЛИ/с с углом поворотар устанавливается путем предварительнойградуировки, Если не требуется высокаяточность, энергией ЛИ/с можно вообщепренебречь по сравнению с работой А,Прибор работает следующим образом.Перед проведением опытов фиксируютстержень 7 в горизонтальном положенииНб - На= Ях81 п Рмакс (4)Изменение давления (Рб-Р,) регистрируется манометром 4, После адиабатическо го сжатия (фиг.2, переход а - б) газизохорически охлаждается до комнатной температуры и его давление становится равным Рс фиг.2, переход б - с), СоСтояния "а" и "с" соответствуют одинаковой температуре, поэтомуРаНа = РбНбРаНа = РсНб (5)где у - показатель адиабаты,Поскольку начальное давление Ра равно атмосферному Ро, из (5) получим 1 ЯРб - 191 оУ 19 Рс - 1 я Ро(6) Таким образом, для определения показателя адиабаты достаточно измерить только два избыточных давления.Конечное давление газа в адиабатическом процессе существенно зависит от рас( р = О ) при помощи защелки 11, открывают вентиль 5; устанавливают при помощирегулятора 3 обьема начальный объемНа=Я па,5 где Я - площадь сечения сильфонов 1 и 2;Ьа - начальная высота (фиг,1)наполняют сильфоны 1 и 2 газом, напримератмосферным воздухом, закрывают вентиль5, закрепляют при помощи винта 9 тело-рей 10 тер 8 на стержне рычага 7 на расстоянии хот шарнира 6, опускают фиксатор 13 в крайнее нижнее положение,Для выполнения опытов по изучениюадиабатического процесса и определения15 показателя адиабаты исследуемого газа отпускают стержень 7 защелкой 11, Шток 10начнет опускаться, сжимая гаэ в сильфонах1 и 2 от атмосферного давления Ро до конечного давления Рб (фиг,2). Из-эа быстрого20 опускания тела-рейтера 8 процесс сжатиягаза близок к адиабатическому, при этомскорость движения указателя стержня 7 повертикальной шкале 12 вначале возрастет,а после достижения объема Н (фиг.2) начи25 нает убывать и становится равной нулю, когда указатель стержня опустится в крайнеенижнее положение, В этот момент выполняется соотношение (2) и всю систему сжатиястопорят при помощи подвижного фиксатоЗО ра 13, Для удобства измерений желательноопределить угол Ъакс в предварительномопыте, не применяя фиксатор 13, а в контрольном опыте установить фиксатор наделение рмакс шкалы 12, Полученное изме 35 нение объема газа определяется по форму- ле1693624 оставитель В.Варламовехред М.Моргентал Редактор С,Пекарь Т Корректор Э,Лончако Заказ 4079 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 водственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж л.Гагарина, 10 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 у вторым методом, используя уравнениеПуассона для ауиабатыРЮ = РгЧг (Ли любую пару точек на диаграмме.Для построения диаграммы давление - 10объем в изотермическом процессе фиксатором 13 не пользуются. Для каждого х регистрируют показания Р манометра 4 и уголр после того, как прекратятся колебания 15стержня 7 и газ в сильфонах окажется втермодинамическом равновесии с окружающей средой. Изменение объема определяют по формуле (4). Экспериментальныеизотермы и адиабаты(фиг.2) позволяют проверить важные термодинамические соотношения (1) - (3),Прибор обладает расширенными дидактическими возможностями, посколькупозволяет варьировать начальный объем газа и исследовать зависимость давления отобъема 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,с 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.