6.4 Газдың жылу сыйымдылығы

Жұмыс денесі термодинамикалық үрдісте алатын немесе беретін, жылу энергиясының мөлшерін есептеу жылуды есептеудің маңызды жақтарының бірі болып табылады.

Оның температурасын 1°- қа өзгерту үшін мөлшерінің бірлігіне әкелінуі қажет жылу мөлшерін меншікті жылу сыйымдылығы немесе газдың жылу сыйымдылығы деп атайды.

Жылудың бұл мөлшері энергетикалық бірліктермен – калориямен және Джоульмен өлшенеді. Техникалық есептеулерде аса ірі бірліктер – калория немесе килоджоуль жиірек қолданылады.

МКГСС және ӨЖ жүйелеріндегі жылылық бірліктер арасындағы қатынас мынадай болады:

1ккал =1000ккал = 4186,5Дж =4,1865 кДж.

Жылу сыйымдылығының газдың қандай мөлшерлік бірлігіне жататынына байланысты жаппай, көлемдік және киломольдік жылу сыйымдылығын ажыратады.

Газ салмағының 1кг жатқызылған жаппай жылу сыйымдылығы С әрпімен белгіленеді және кДж/кг град немесе ккал/кг град өлшенеді.

1м³ газға жатқызылған көлемдік жылу сыйымдылығы кДж/м³ град.өлшенеді және С¹- деп белгіленеді. 1м³ газда оның әр түрлі қосындылары болуы мүмкін болғандықтан, онда көлемдік жылу сыйымдылығын қолдану кезінде газдың температурасы мен қысымын көрсету қажет. Әдетте бұл жылу сыйымдылығын қалыпты шарттарға жатқызады.

Ақырында, жылу сыйымдылықтарының мәндерін газдың 1кмоліне жатқызады. Киломольдік жылу сыйымдылығы С деп белгіленеді және кДж/кмоль град, және ккал/кмоль градпен өлшенеді.

Жоғарыда аталған жылу сыйымдылылықтары арасындағы байланыс мына тәуелділіктермен анықталады:

(6.27)

(6.28)

(6.29)

Жұмыс денесін қыздыруды оның күйінің шамашарттарының біреуі (немесе көлем, немесе қысым) тұрақты болып қалатындай түрде жүзеге асыруға болады (6.3- сурет);

P=const

h

v=conts st

q q

6.3- сурет

Бірінші жағдайда, кеңеймейтін кезде, әкелінетін жылу газды қыздыруға толығымен жұмсалады. Екінші жағдайда, газ қыза отырып, кеңею кезінде тетікке ықпал ететін күшті жеңеді, басқаша айтқанда жұмыс жасайды. Егер екі жағдайда да градустардың сол бір мөлшеріне қыздырса, онда екінші жағдайда жылу біріншіге қарағанда көбірек жұмсалады, өйткені газ тек қана қызбайды, сонымен бірге жұмыс жасайды, ал бұл жылу энергиясының көп жұмсалуын талап етеді.

Оны 1°С- ға қыздырған кезде, 1кг газға жұмсалатын жылу мөлшері, қыздыру температураларының қандай деңгейінде жүзеге асырылатын байланысты болады. Сонымен бірге бұл тәуелділік неғұрлым үлкен болса, газдың атомдылығы соғұрлым жоғары болады және көп атомды газдар үшін мына формуламен өрнектеледі ( 6.4-сурет):

C=a+в+е², (6.30)

мұнда а, в, е - теория немесе ғылыми тәжірибе негізінде анықталған, берілген газ үшін тұрақты коэффициенттер.

C

В

t₂

C_м

А

t₁

t

t₁ t t₂

6.4- сурет

Температуралар айырымы шексіз аз болатын жағдайда, жақындатылған жылудың температураның өзгеруіне қатынасы температурасындағы газдың шынайы сыйымдылығы деп аталады:

(6.31)

Бұл жағдайда оны t- дан t₂- ге дейін қыздыру үшін денеге жақындату қажет болатын, жылудың жалпы шынайы жылу сыйымдылығының көмегімен мына формула бойынша табылады:

∫_t1 ^t2c·dt (6.32)

С- t координаталардағы жылудың бұл мөлшері АВ үрдісі қисығының астындағы ауданмен өлшенеді (сызықтап тасталған аудан). Егер бұл ауданды биіктігі тең шамалы тікбұрышпен ауыстырса, онда жақындатылған жылудың мөлшері формула бойынша анықталады:

(6.33)

Қарастырылып отырған жағдайда нағыз меншікті жылуды анықтамайды, ал 1кг газды 1С-ға қыздырған кезде АВ үрдісінде орташа есеппен алғанда қанша жылылық берілетінін көрсетеді.

t₁ – ден t₂ –ге дейінгі температуралар аралығында орташа жылу сыйымдылығы деп үрдістегі газ берілетін жылылықтың, температуралар аймағы соңғы шама болып табылатын жағдайда оның температурасының өзгерісіне қатынасын айтады:

(6.34)

Жылу сыйымдылығының температурадан сызықтық емес тәуелділігі кезінде t₁ және t₂ температуралары арасында орташа жылу сыйымдылықтарын есептеп шығару белгілі қиыншылықтарды білдіреді.

Сондықтан тәжірибелік қолдану үшін келесі әдістеме ұсынылады.

Температураға t белгілі аралығына өсетін, әр түрлі мәндер бере отырып, орташа жылу сыйымдылықтарының нөлден бастап қандай да бір температурасына дейін мәндерін есептеп шығарады. Жылу сыйымдылықтарының бұл мәндерін кестеге толтырады. Осы кестелер ойынша жылудың мөлшерін есептеу келесі түрде жүргізіледі.

Алдымен жұмыс денесін 0ºС- дан t₁ –ге дейін қыздыру үшін қажетті жылу мөлшерін анықтайды:

(6.35)

Сонан соң жұмыс денесін 0ºС- дан t₁-ге дейін қыздыру үшін қажетті жылу мөлшерін анықтайды:

(6.36)

Одан соң айырмасын табады:

(6.37)

Үлкен дәлдікті талап етпейтін, жылу техникалық есептеулерде, әсіресе салыстырмалы түрде жоғары емес температуралар төңірегінде және үлкен емес температуралық аралықтарда, жылу сыйымдылығы температурадан жиі тәуелсіз болады. Сонда, жұмыс денесіне М салмағымен немесе V көмегімен

әкелінген жылу мөлшері мына формулалар бойынша табылады:

(6.38)

(6.39)