Практическое занятие № 4 Расчет теплоемкости газов и их смесей

Цель работы: произвести расчет теплоемкости газовой смеси

Справочный материал

Известно, что подвод теплоты к рабочему телу или отвод теплоты от него в каком-либо процессе приводит к изменению его температуры. Отношение количества тепло­ты, подведенной (или отведенной) в данном процессе, к изменению температуры называется теплоемкостью тела (системы тел): , где   — элементарное количество теплоты;   — элементарное изменение температуры.

Теплоемкость численно равна количеству теплоты, которое необходимо подвести к системе, чтобы при заданных условиях повысить ее температуру на 1 градус. Так как единицей количества теплоты в СИ является джоуль, а температуры — градус К, то единицей теплоемкости будет Дж/К.

В зависимости от внешних условий и характера термодинамического процесса теплота   может либо подводиться к рабочему телу, либо отводиться от него. Учитывая, что система участвует в бесчисленном множестве процессов, сопровождающихся теплообменом, величина   для одного и того же тела может иметь различные значения.

Теплоёмкость смеси рабочих тел (газовой смеси)

Количество теплоты Q1, Q2 необходимое для нагрева каждого газа в отдельности на  , выразится так:

              Q1 = c1m1 ;                     Q2 = c2m2 ,

где m1 и m2 – массы этих газов; c1 и с2 – удельные теплоемкости соответствующих газов.

    Для нагрева смеси газов потребуется количество теплоты, равное сумме указанных теплот, т.е. Q = Q1 + Q2

                                                                 

Если обозначить удельную теплоемкость смеси газов буквой с, то количество теплоты, необходимое для нагрева смеси газов на  , будет

                                                                                   

 Приравнивая левые части и получим: , откуда                                               .                                                           

    Если в формуле  с1 и с2 есть удельные теплоемкости при постоянном объеме, то соответственно и с будет удельной теплоемкостью смеси газов при постоянном объеме ( изохорная теплоемкость), т.е.

                                                        

    Теплоемкость смеси с будет при постоянном давлении, если с1 и с2 – соответствующие теплоемкости отдельных газов при постоянном давлении (изобарная теплоемкость), т.е.

                                                       .                                    Задание: записать в отчет теоретические сведения о теплоемкости смеси газов и рассчитать изобарную теплоемкость смеси двух газов в соответствии со своим вариантом.

Варианты заданий табл.1

вариант	Состав смеси	Масса компонентов, гр.	вариант	Состав смеси	Масса компонентов, гр.
1	Воздух, Водород	5 и 2	8	Воздух, Азот	5 и 6
2	Водород, Двуокись углерода	7 и 7	9	Двуокись углерода, Водород	4 и 8
3	Азот, Воздух	3 и14	10	Двуокись углерода, Азот	2 и 32
4	Водород, Азот	8 и 14	11	Воздух, Кислород	8 и 9
5	Воздух, Кислород	19 и 6	12	Водород, Азот	53 и 4
6	Азот, Двуокись углерода	23 и 21	13	Водород, Азот	12 и 8
7	Азот, Кислород	25 и 45	14	Кислород, Двуокись углерода	8 и 12

Изобарная теплоемкость при 50 ^оС ( кДж/кг К ) табл.2

Воздух	Азот	Кислород	Двуокись углерода	Водород
1,0057	1,0400	0.9213	0.8688	14,363