ПР№5 Определение теплоемкости различных газов

Практическая работа №5

Определение теплоемкости различных газов.

Цель работы: приобрести опыт определения теплоемкости газов

Теоретическая справка

Теплоемкостью называют количество теплоты, которое необходимо сообщить телу (газу), чтобы изменить температуру какой-либо количественной единицы на 1 ⁰С (1К).

Количество теплоты в системе СИ измеряют в Дж или кДж. В зависимости от количественной единицы вещества различают массовую теплоемкость С – кДж/(кг·К), объемную теплоемкость С - кДж/(м·К) и киломольную теплоемкость С_μ - кДж/(кмоль·К). Так как в 1 м³ в зависимости от параметров состояния содержится различная масса газа, то объемную теплоемкость всегда относят к 1 м³ газа при нормальных условиях (Р_н = 760 мм рт.ст., 1_н = 0 ⁰С).

Между теплоемкостями существуют следующие зависимости:

где μ – молекулярная масса газа, кг/кмоль;

ρ_н – плотность газа при нормальных условиях, кг/м³.

Теплоемкость газа зависит от его температуры. По этому признаку различают среднюю и истинную теплоемкость

где – средняя теплоемкость в пределах t₁ – t₂;

C – истинная теплоемкость;

q – количество тепла сообщаемого единице количества газа (или отнимаемого от него) при изменении температуры газа от t₁ до t₂.

Теплоемкость идеальных газов зависит не только от их температуры, но и от их атомности и характера процесса. Теплоемкость реальных газов зависит от их природных свойств, характера процесса, температуры и давления. Таким образом различают истинную и среднюю теплоемкости:

а) мольную – при постоянном объеме (C_μv и ) и постоянном давлении (C_μp и );

б) массовую – при постоянном объеме (C_v и ) и постоянном давлении (C_p и );

в) объемную – при постоянном объеме (C_v и ) и постоянном давлении (C_p и ).

Между теплоемкостями при постоянном давлении и постоянном объеме существуют следующие зависимости:

где k – показатель адиабаты, зависит от атомности молекул, для одноатомных газов k = 1,67, для двухатомных газов k = 1,4, для трех- и многоатомных газов k = 1,33.

Зависимость теплоемкости газов от температуры имеет криволинейный характер. В таблице 1 приведены величины теплоемкостей для наиболее встречающихся в теплотехнических расчетах в интервале температур от 0 ⁰С до t. Расчеты средней теплоемкости в интервале температур от t₁ до t₂ производят по формуле:

где C^t₀ – теплоемкость газа в интервале от 0 ⁰С до t.

Таблица 1

Пример выполнения задания

Пример 1. Вычислить среднюю теплоемкость воздуха при постоянном давлении в пределах 200 – 800 ⁰С [в кДж/(кг·К)], считая зависимость теплоемкости от температуры нелинейной.

Решение.

Среднюю теплоемкость для воздуха при постоянном давлении в пределах 200 – 800 ⁰С можно рассчитать, пользуясь таблицей 1, получаем для воздуха:

Задание для аудиторной работы

Задание 1. Провести анализ видов теплоемкостей, заполнив таблицу 2.

Таблица 2 – Анализ видов теплоемкостей

Задание 2. Вычислить среднюю теплоемкость заданного газа при постоянном давлении в интервале температур от t₁, ⁰С до t₂, ⁰С. Необходимые данные для расчета взять из таблицы 3.

Таблица 3 – Исходные данные к заданию 2

Контрольные вопросы

1. Что называется теплоемкостью?

2. По какому признаку различают среднюю и истинную теплоемкость, по каким формулам они определяются?

3. От чего зависит теплоемкость реальных газов?

4. От чего зависит показатель адиабаты и чему он равен?

5. От чего зависит теплоемкость идеальных газов?