Теплоемкости газовых смесей

Полная теплоемкость смеси газов представляет собой сумму теплоемкостей газов, составляющих смесь. Это справедливо, поскольку теплота подчиняется закону суммирования (адитивности).

. (3.79)

Удельную массовую теплоемкость смеси газов можно получить, разделив выражение (3.79) на массу смеси газов и выразив полные теплоемкости каждого газа через произведение их масс на соответствующие им удельные массовые теплоемкости:

.

Получили, что удельная массовая теплоемкость смеси газов равна сумме произведений массовых долей на удельные массовые теплоемкости газов, составляющих смесь:

. (3.80)

Удельную объемную теплоемкость смеси газов можно получить, разделив выражение (3.79) на объем смеси и выразив полные теплоемкости каждого газа в виде произведения их парциальных объемов на соответствующие им удельные объемные теплоемкости:

.

Использование парциальных объемов правомерно (рис.3.4), поскольку они соответствуют массовому количеству каждого газа, входящему в смесь, т.е. количество теплоты можно представить выражением

.

Получили, что удельная объемная теплоемкость смеси газов равна сумме произведений объемных долей на удельные объемные теплоемкости газов, составляющих смесь:

. (3.81)

Удельную мольную теплоемкость смеси газов можно получить, умножив выражение (3.81) на объем одного киломоля, поскольку по закону Авогадро объем одного киломоля всех идеальных газов при одинаковых параметрах одинаков (V_cм=V_1=V_2==V_n):

.

Получили, что удельная мольная теплоемкость смеси газов равна сумме произведений объемных долей на удельные мольные теплоемкости газов, составляющих смесь:

. (3.82)

Для простоты запоминания расчетных выражений характеристик смеси идеальных газов можно воспользоваться следующей закономерностью: все характеристики смеси газов, которые рассчитываются в виде суммы произведений характеристик отдельных газов на их доли, имеют в расчетных выражениях массовые доли, если характеристика в знаменателе имеет единицу измерения массы килограмм (кг), во всех остальных случаях их характеристики умножаются на объемные доли.

Например, единица измерения газовой постоянной смеси R_см (Дж/(кгК)) – она рассчитывается в виде алгебраической суммы произведений газовых постоянных R_i на массовые доли ее компонентов g_i, т.к. в знаменателе ее единицы измерения находится килограмм (кг).

4. Газовые процессы

Термодинамическим газовым процессом называется процесс изменения состояния газа, при котором происходит энергетическое взаимодействие газа и окружающей среды в виде теплоты и работы, в результате чего происходит изменение параметров газа.

В термодинамике рассматриваются закономерные процессы. Закономерность процесса может быть выражена закономерным энергетическим взаимодействием газа и окружающей среды. Следствием такого энергетического взаимодействия будет закономерное изменение параметров газа [8].