2019_2_semestre_Otchyot_po_labe_2_3_Mole kulyarny_praktikum (Отчеты по лабораторным работам (2019))
Описание файла
Документ из архива "Отчеты по лабораторным работам (2019)", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "молекулярный практикум" из 2 семестр, которые можно найти в файловом архиве НГУ. Не смотря на прямую связь этого архива с НГУ, его также можно найти и в других разделах. .
Онлайн просмотр документа "2019_2_semestre_Otchyot_po_labe_2_3_Mole kulyarny_praktikum"
Текст из документа "2019_2_semestre_Otchyot_po_labe_2_3_Mole kulyarny_praktikum"
Отчет о лабораторной работе 2.3
“Определение температурной зависимости давления насыщенных паров и теплоты испарения жидкого азота.”
Выполнила: Затолоцкая Юлия Андреевна
Студентка группы 18308. ФФ НГУ
Преподаватель: Золкин Александр Степанович.
Преподаватель НГУ, к.ф.-м.н., доцент.
Цель работы
Экспериментальное изучение температурной зависимости давления насыщенных паров над поверхностью жидкого азота и расчет по полученным данным теплоты испарения азота, а также непосредственное измерение теплоты испарения калориметрическим методом.
Часть 1.
Идея метода измерений
Проводится измерение температуры испарения азота при различных давлениях насыщенного пара азота. С помощью формулы (1) находится кривая равновесия фаз 
и удельная теплота испарения жидкого азота по наклону зависимости 
.
(1)
Методика измерений
Помещаем термопару в пробирку с кислородом и в сосуд Дьюара с жидким азотом, где изменяется давление. Термопара измеряет разницу температуры кипения кислорода при атмосферном давлении и температуры кипения азота при выставленном нами давлении. Считывая показания вольтметра, ведущего к термопаре и манометра, строем кривую равновесия фаз
T = T(p). Предварительно проверяем ноль и определяем шаг термопары с помощью известных данных: температура кипения азота при атмосферном давлении 77,35 К [1], а кислорода 90,2 К [1].
Результаты измерений
ΔT = 128,5 К/мВ
Рис 1. Зависимость температуры кипения азота от давления насыщенных паров азота.
Рис. 2. Сравнение полученных результатов с табличными [1]. На графиках показаны зависимости температуры кипения азота от давления насыщенных паров азота.
Рис. 3. Зависимость ln (p) от 1/T при увеличении давления; линия, аппроксимирующая график, показана пунктиром. P – давление насыщенных паров азота. Т – температура кипения азота при данном давлении.
По коэффициенту наклона k аппроксимирующей прямой на рис. 3, рис.4 вычислены значения теплот испарения азота из формулы k = - q/R, где R – универсальная газовая постоянная.
Qув = 2181,87 Дж/кг – теплота, измеренная при увеличении давления.
Qум = 3616, 56 Дж/кг – теплота, измеренная при уменьшении давления.
Рис. 4. Зависимость ln (p) от 1/T при уменьшении давления; линия, аппроксимирующая график, показана красным цветом. P – давление насыщенных паров азота. Т – температура кипения азота при данном давлении.
Погрешности измерений
- Бурное кипение азота.
- Погрешности манометра (3%).
- Погрешности вольтметра (3%).
Обсуждение результатов
Полученные теплоты испарения азота отличаются, так как при измерениях наблюдалось бурное кипение азота, что привело к большим погрешностям в измерениях. Также, так как измерения с увеличением давления проходили после измерений при уменьшении давления, масса азота в сосуде уменьшилась, и теплоты, полученные при уменьшении и увеличении давлений, различаются. По рис. 1 видно, что данные, полученные при уменьшении объема, ложатся на табличные данные. Данные, полученные при увеличении давления, не точно ложатся на табличные, но имеют похожий тренд.
| Табл. 1. Табличные данные по теплоте испарения азота при различных температурах [1].Xq, Дж/кг | Т, К |
| 212000,00 | 65,16 |
| 196000,00 | 80,16 |
| 181000,00 | 90,16 |
| 165000,00 | 100,16 |
| 154000,00 | 105,16 |
| 140000,00 | 110,16 |
| 121000,00 | 115,16 |
| 93000,00 | 120,16 |
Также видно, что полученные мной теплоты испарения азота на 2 порядка отличаются от табличных данных (табл.1), что можно связать с бурным кипением азота.
Вывод
Мною твердо установлены температуры испарения азота при увеличении
Qув = 2181,87 Дж/кг и при уменьшении давления Qум = 3616, 56 Дж/кг. Теплоты не сошлись с табличными из-за бурного кипения азота при проведении измерений.
Часть 2.
Идея метода измерений
В сосуд с жидким азотом погружается нагреватель, сосуд ставится на весы и измеряется зависимость массы испарившегося азота от энергии, выделяемой в нагревателе.
Методика измерений
В сосуд Дьюара наливается жидкий азот и помещается нагревательный элемент. После установления «спокойного» кипения азота сосуд устанавливается на весы и включается секундомер. Измеряется средняя скорость 
за счет тепла из окружающей среды. Затем то же самое делается с помещенным в сосуд нагревательным элементом.
Результаты измерений
dm⁄(dt ) = 3,99Е-05 кг/с без нагревателя в сосуде с азотом.
Табл.2. Результаты измерений. Р – мощность нагревателя. dm/dt – скорость изменения массы азота в сосуде. Q – полученная телота испарения азота.
| P, ватт | dm/dt, кг/с | q, Дж/кг |
| 6,84 | 7,8Е-05 | 179956,38 |
| 9,24 | 10,7Е-05 | 137982,12 |
| 4,80 | 7,0Е-05 | 157629,88 |
| 3,04 | 5,5Е-05 | 198495,23 |
Qcр = 168515,9±26334,1
Погрешности измерений
- Погрешность весов.
- Погрешность вольтметра, амперметра (3%).
- Погрешность секундомера.
- Бурное кипения азота.
Обсуждение результатов
Полученные результаты сходятся с табличными (табл.1) при температуре 100 К. Также результаты, полученные в части 2 на 2 порядка отличаются от результатов, полученных в части 1, что можно связать с бурным кипением азота при проведении части 1.
Вывод
Мной твердо установлена теплота испарения азота Q = 168515,9 ± 26334,1. Результат сходится с табличными (табл.1) при температуре 100 К.
Литература
[1] – Методическое пособие по лабораторной работе 2.3. В.Т Астрелин, Г.И. Сухинин.
4
