2.2. Контрольные вопросы
1. Дайте определение идеального газа и укажите его отличия от реального газа.
2. Чем отличается газовая постоянная от универсальной газовой постоянной ?
3. Что называют парциальным давлением газа в смеси, существует ли оно физически и как определяется ?
4. Что называют парциальным объемом газа в смеси, существует ли оно физически и как определяется ?
5. Как определить объемную долю газа в смеси, если известна его массовая доля ?
3. Теплоемкости газов и газовых смесей
Теплоемкостью называют количество теплоты, которое необходимо сообщить телу, чтобы повысить температуру его определенного количества на 1 градус.
Теплоемкость, отнесенную к определенному количеству вещества, называют удельной теплоемкостью.
Различают следующие удельные теплоемкости:
массовую,
кДж/(кг∙К),
;
объемную,
кДж/(м3∙К),
;
мольную,
кДж/(кмоль∙К),
.
Удельные теплоемкости связаны соотношениями
(3.1)
В справочной литературе принято давать объемную теплоемкость газа, отнесенную к одному кубическому метру газа, взятому при нормальных физических условиях, кДж/(н.м3∙К), что для идеального газа соответствует выражению
.
(3.2)
Поскольку теплота является функцией процесса, то и теплоемкость есть функция процесса. На практике наибольшее применение нашли теплоемкости изобарного cp при р=const и изохорного cv при v=const процессов.
Для классической модели идеального газа изохорная и изобарные теплоемкости – постоянные величины, определяемые как
,
(3.3)
,
(3.3)
где i – число степеней свободы данного газа (рис. 3.1).
Изобарная и изохорная теплоемкости идеальных газов взаимосвязаны через формулу Майера:
,
или
. (3.3)
В расчетах газовых процессов часто используется коэффициент Пуассона, который для однородных идеальных газов определяется числом степеней свободы его молекул
.
(3.4)
Теплоемкости реальных газов
Теплоемкости реальных газов зависят от температуры и давления газа. В большей степени проявляется влияние температуры на теплоемкость.
В соответствии с этим были введены понятия истинной и средней теплоемкостей газа.
Истинная теплоемкость газа соответствует расчетному выражению
.
(3.5)
Экспериментальная зависимость истинной теплоемкости процесса реального газа от температуры обычно представляется в виде степенного полинома или табличного численного материала:
.
(3.6)
Расчет теплоты с помощью истинной теплоемкости выполняется путем интегрирования:
.
(3.7)
Средняя теплоемкость газа соответствует расчетному выражению
.
(3.8)
Она определяется как отношение теплоты процесса, идущего в интервале температур t1 и t2, к разности этих температур.
Средней теплоемкостью можно пользоваться только на данном интервале температур процесса.
В справочных таблицах свойств газов приводятся значения средних теплоемкостей в интервале от 0 до t оС, что позволяет расчетным путем получить среднюю теплоемкость для любого интервала температур t1 и t2:
.
(3.9)
Теплоемкости смесей газов определяются с использованием их массовых или объемных долей:
удельная массовая теплоемкость смеси газов
;
(3.10)
удельная объемная теплоемкость смеси газов
;
(3.11)
удельная мольная теплоемкость смеси газов
.
(3.12)
Коэффициент Пуассона для смеси газов определяется как
.
(3.13)