Elementarne doświadczenia z powietrzem wilgotnym, ćwiczenie 5.

Laboratorium termodynamiki

Prowadzący:

1. Cel:

obserwacja zjawiska fizycznego polegającego na tym, że każde ciało owinięte zwilżoną w wodzie gazą i umieszczone w powietrzu (ruchomym lub nieruchomym) o zmienia swoją temperaturę, która po pewnym czasie się ustaliła.

2. Schemat pomiarowy:

Rysunek 1 Schemat układu pomiarowego

W – Wentylator

Tz – Termometr zimny

Tc – Termometr ciepły

Ts – Termometr suchy

3. Wyniki pomiarów, wyniki obliczeń:

	bez wentylatora			Z wentylatorem
0	5	19	19	12	18	20
60	9	15	19	14	13	20
120	11	14	19	13	13	19
180	12	13	19	13	13	19
240	12	13	19	13	13	19
300	13	13	19	13	13	19
360	13	13	19	13	13	19
420	13	13	19	13	13	19
480	13	13	19	13	13	19
540	13	13	19	13	13	19
600	13	13	19	13	13	19
660	13	13	19	13	13	19
720	13	13	19	13	13	19
780	13	13	19	13	13	19
840	13	13	19	13	13	19

Tabela 2 Wyniki pomiarów

4. Przedstawienie wyników na wykresie:¹

Wykres 1. Wykres zależności mierzonej temperatury od czasu (bez wentylatora)

Wykres 2. Wykres zależności mierzonej temperatury od czasu (z wentylatorem)

5. Przykładowe obliczenia

Wyznaczenie zależności

(1)

Ze wzoru Sprunga

(2)

Gdzie:

Wartość została wyznaczona przy pomocy wykresu i – X powietrza wilgotnego, i jest równa co daje Korzystając ze wzoru (2):

Po przeliczeniu na jednostki podstawowe układu SI:

Wartość oblicza się ze wzoru

(3)

Obliczenie wartości dla trzech wybranych stanów wcześniejszych, przy pomocy wzoru Sprunga (2) i wzoru (3):

• (z wentylatorem): Dla z wykresu I – X: . Korzystając ze wzoru (2) ,korzystając ze wzoru (3)

• (bez wentylatora): Dla z wykresu I – X: . Korzystając ze wzoru (2) ,korzystając ze wzoru (3)

• (bez wentylatorem): Dla z wykresu I – X: . Korzystając ze wzoru (2) ,korzystając ze wzoru (3)

6. Spostrzeżenia, wnioski:

Temperatura termometru suchego była w stanie ustalonym niemalże od samego początku. Nie powinno być to wielkim zaskoczeniem, wręcz na odwrót – jest to zupełnie normalne zjawisko, ponieważ ten termometr znajdował się w laboratorium z pewnością od początku semestru, jak nie dłużej . Temperatura termometrów mokrych, zarówno zimnego jak i ciepłego ustaliły się na tą samą wartość w przypadku używania jak i nie używania wentylatora. Była to wartość równa .

Korzystając z wykresu Molliera (i – X) wyznaczona została . gdzie wartości te osiągają wartość odczytaną z wykresu . Dla każdego przypadku wielkość jest równa . Wyznaczając wartości wielkości przy pomocy wzoru Sprunga otrzymuje się jednak inną liczbę, a mianowicie . Różnice te mogą jednak wynikać z błędów popełnionych podczas wykonywania obliczeń. Otrzymanie tak różnych wyników mogło spowodować kolejno: zaokrąglanie wartości ciśnień, błąd popełniany przez kalkulator, nieprecyzyjne odczytanie wartości z wykresu Molliera (student przecież nie jest jednostką nieomylną).

Wyliczając wartości wielkości dla stanów przejściowych otrzymaliśmy zróżnicowane wyniki, w porównaniu z tymi, które zostały odczytane z wykresu. Mogło to być spowodowane przez wymienione wyżej warunki. Bazując jednak na wartościach otrzymanych ze wzorów, można wywnioskować, że wilgotność była największa na samym początku pomiaru zarówno dla przykładu z jaki i bez wentylatora. Ponadto układ z wentylatorem osiągnął o około minutę szybciej stan termodynamicznej równowagi.

1^ Na wykresach punkty w kształcie kwadratu pokrywają się z tymi w kształcie rombu, więc może istnieć MYLNE wrażenie, że znika już na początku pomiarów, a w rzeczywistości punkty tylko ukrywają się pod punktami odpowiadającymi .