9.2. Газовые смеси. Теплоемкость смеси

Понятие газовой смеси. Свойства, применение, способы задания газовых

смесей. Парциальное давление и объём компонентов смеси. Основные характе-

ристики смеси. Закон Дальтона.

Понятие теплоёмкости, её виды. Связь между теплоемкостями. Зависимость

теплоёмкости от температуры. Понятие истинной и средней теплоёмкости.

Определение количества тепла. Теплоёмкость газовой смеси.

Методическое указание

В данном разделе выделены основные уравнения для определения массовой

и объемной доли, понятие теплоемкости и зависимость от температуры и

давления сведены в таблицу.

9.3. Понятие газовой смеси. Парциальное давление. Основные характеристики смеси

Рабочее тело, как правило, представляет собой смесь нескольких газов.

Если считать, что каждый компонент подчиняется уравнению состояния идеального

газа и компоненты химически не реагируют между собой, то согласно закону Дальтона,

давление смеси газов равно сумме парциальных давлений отдельных компонентов смеси.

p_{см =} p₁+p₂+_…+p_n = ∑p_ι (9.1)

Парциальным называется V компонента, входящего в состав смеси,

при t и р смеси.

Сумма парциальных объемов компонентов газовой смеси равна

полному объему смеси.

Смесь состоит из нескольких чистых веществ, химически не взаимодействующих между собой. Примерами смесей могут служить воздух, состоящий из азота, кислорода и других газов.

К газовым смесям относятся и продукты сгорания топлива. Чистые вещества, составляющие смесь, принято называть компонентами.

Одна из важнейших характеристик смеси - ее состав.

Состав смеси обычно определяют посредством нахождения массовой или мольной концентрации компонентов, входящих в смесь. Если смесь состоит из массы m₁ кг первого компонента, массы m₂ кг второго компонента, массы m₃ кг третьего компонента и так далее, то массовой концентрацией ί – го компонента называется отношение массы данного компонента m_ί к массе всей смеси многокомпонентный термодинамической системы m

g_ί = m₁/ m₂ . (9.2)

Состав рабочей смеси газов определяется количеством каждой составляющей,

входящей в смесь. Состав смеси обычно задают массовыми и объемными долями.

Если смесь массой m состоит из n компонентов, то массовые доли отдельных

компонентов в смеси равны:

g₁ = g₂ = g_n =

Сумма масс отдельных компонентов газовой смеси равна массе всей смеси:

m₁ + m₂ + ….. + m_n = m ― уравнение массового состава газовой

смеси

g₁ + g₂ + ….. + g_n = 1 ― уравнение относительного массового

состава газовой смеси

∑ массовых долей отдельных компонентов газовой смеси = 1.

Если смесь, состоящая из n компонентов имеет V, то объем доли

компонентов в смеси определяется:

r₁ = ; r₂ = ; … r_n = .

V₁, V₂, …. V_n ― парциальные объемы компонентов, входящих в состав смеси.

V₁ + V₂ + …. + V_n = V ― уравнение объемного состава смеси

r₁ + r₂ + … + r_n = 1 ― уравнение относительного объема состава

Между массовыми и объемными долями существует следующая зависимость:

τ_i = (9.3)

τ_i ― объемная доля компонента;

g_i ― объемная доля компонента;

R_i ― газовая постоянная компонента;

R ― газовая постоянная компонента.

Формула для определения газовой постоянной смеси:

R = ; R = ; (9.4)

или R = g₁R₁ + g₂R₂ + g₃R₃ = ∙ R_o. (9.5)

μ = ― кажущаяся молекулярная масса.

Закон Дальтона

Закон Дальтона: давление смеси газов равно сумме парциальных давлений

отдельных компонентов.

р = р₁ + р₂ + ….. + р_n (9.6)

р₁, р₂, р_n ― парциальное давление.

Таблица 9.2.

Способы задания газовой смеси.

Задание состава смеси	Перевод из одного состава в другой	Плотность и удельный объём смеси	Кажущаяся молекулярная масса смеси	Газовая постоянная смеси	Парциальное давление
Массо­выми долями	gi / mi ri = ——— n ∑gi/mi 1	n ύсм=∑ gi/pi 1 n pсм=1/∑ gi/pi 1	n μсм=1/∑ giRi 1	n Rсм=∑ giRi 1	Ri pi=gi—— pсм Rсм
Объём­ными долями	n gi=ri/μi/∑riμi 1	n pсм=∑ripi 1 n ύсм=1/∑ ripi 1	n μсм=∑ riμi 1	8314 Rсм=——— n ∑riμi 1	pi= ri pсм