Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
07 РГР Техническая термодинамика.doc
Скачиваний:
261
Добавлен:
04.06.2015
Размер:
2.45 Mб
Скачать

3 Теплоемкость газов

Теплоемкостью называют количество тепла, которое необходимо сообщить телу (газу), чтобы повысить температуру какой-либо коли­чественной единицы его на I ОC.

В зависимости от выбранной количественной единицы различают весовую теплоемкость ( С - кДж/кг К), объемную теплоемкость (- кДж/нм3 К) и мольную теплоемкость (mС - кДж/моль К).

Для определения значений этих теплоемкостей достаточно знать значение одной какой-либо из них. Удобнее всего иметь значение мольной теплоемкости.

Весовая теплоемкость тогда определяется из выражения

, кДж/кг К , (3.1)

а объемная теплоемкость получается равной

, кД./нм3К. (3.2)

Объемная и весовая теплоемкости связаны между собой следую­щей зависимостью.

. кДж/нм3 К , (3.3)

где r - плотность газа при нормальных условиях.

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

Если q - количество тепла, сообщаемое единице количества газа (или отнимаемое от него) при изменении температуры газа от t1 до t2 (или, что то же, от T1 до Т2), то величина

, (3.4)

представляет собой среднюю теплоемкость в пределах от t1 до t2.Предел этого отношения, когда разность температур стремится к нулю, называется истинной теплоемкостью. Аналитически последняя определяется как,

.

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.

Для газов особо важное значение имеют следующие два случая нагрева (охлаждения):

1) изменение состояния при постоянном объеме;

2) изменение состояния при постоянном давлении;

Обоим этим случаям соответствуют различные значения теплоемкостей.

Таким образом, различают истинную и среднюю теплоемкость:

а) весовую - при постоянном объеме (и ) и постоян­ном давлении (Ср и Сpm);

б) объемную - при постоянном объеме ( и ) и постоянном давлении ( и );

в) мольную - при постоянном объеме (и ) и постоянном давлении ( и ).

Между мольными теплоемкостями при постоянном давлении и при постоянном объеме существует зависимость:

. (3.5)

Отношение теплоемкостей , обозначаемое буквой К, называется показателем адиабаты:

. (3.6)

Этот показатель играет в термодинамике большую роль. Показатель адиабаты зави­сит от атомности газа. Для одноатомных газов К = 1,6 , двух­атомных - К = 1,4 , трехатомных - К = 1,3.

ЗАДАЧИ

3.1 Определить значение объемной теплоемкости кислорода при постоянном объеме и постоянном давлении, при t = 200 oС.

3.2. Определить значение весовой теплоемкости кислорода при постоянном объеме и постоянном давлении при t = 500 oС.

Ответ: Сp = 0,92 кДж/кг К; Сv= 0,6536 кДж/кг К.

3.3 Определить среднюю весовую теплоемкость углекислого газа при постоянном давлении в пределах от 0 до 825 oС, считая зависимость от температуры криволинейной.

Ответ: Срm = 1,1 кДж/кг К.

3.4 Вычислить среднюю теплоемкость Cpm для воздуха при постоянном давлении в пределах от 200 до 800 oС, считая зависи­мость теплоемкости от температуры криволинейной.

Ответ; Сvm = 1,09 кДж/кг К,

3.5 Найти среднюю теплоемкость Cpm и углекислого газа в пределах от 400 до 1000 oС, считая зависимость теплоем­кости от температуры криволинейной.

Ответ: Cpm = 1,24 кДж/кг К;

= 2,4 кДж/нм3 К.

3.6 Определить среднюю весовую теплоемкость при постоян­ном объеме для азота в пределах от 200 до 800 oС, считая зави­симость теплоемкости от температуры криволинейной.

Ответ: Сvm= 0,82 кДж/кг К.

3.7 Найти количество тепла, необходимое для нагрева 1 нм3 воздуха от 400 до 1000 oС при Р = const, считая зависимость теплоемкости от температуры криволинейной.

Ответ: qр = 878,6 кДж/нм3.

3.8 В закрытом сосуде объемом V = 300 л находится воз­дух при давлении Р1 = 3 ата и температуре t1 = 20 oС.

Какое количество тепла необходимо подвести для того, чтобы температура воздуха поднялась до t2 = 120 oС? Задачу решить, принимая теплоемкость воздуха постоянной.

Ответ: Qv= 76 кДж.

3.9 Найти количество тепла, необходимое для нагрева 1 нм3 смеси газов от 200 до 1200 oС при Р = const, если состав сме­си по объему следующий: СО2 = 14,5 %; 02 = 6,5 %; N2= 79,0 %. Ответ: qp = 558 кДж/нм3.

3.10 В калориметре с идеальной тепловой изоляцией находит­ся вода в количестве Gв = 0,8 кг при температуре = 15 oС. Калориметр изготовлен из серебра, теплоемкость которого Сc = 0,24 кДж/кг К.

Вес калориметра Gк = 0,25 кг, В калориметр опускают 200 г алюминия при температуре tк= 100 oС. В результате этого темпе­ратура воды повышается до = 19,24 oС.Определить теплоемкость алюминия. Ответ: Сa = 0,9 кДж/кг К.