Рекомендована література:

1. Гамеева О.С. Физическая и колоидная химия.М. Высшая школа. 1969.408 с. § 21

Практична робота № 2

Тема роботи – Теплоємкість речовин.

Мета роботи – навчитися вести розрахунки теплоємності, яка є важливим параметром у розрахунках теплових балансів виробничих процесів.

Теоретичне обґрунтування

Теплоємкість – здібність речовин поглинати при нагріванні теплоту. У різних речовин вона різна. Оцінюється теплоємкість кількістю теплоти (кДж, Дж), що поглинається речовиною при нагріванні на 1⁰С.

Питова теплоємкість(С_п) – це кількість теплоти, що необхідно для нагрівання 1кг речовини на 1⁰С (кДж/кг х град, дж/кг х град).

Мольна теплоємкість(С_м) – кількість теплоти, необхідне для нагрівання 1 моля речовини на 1⁰С (КДж/кмоль х град, Дж/моль х град).

У технічній термодинаміці використовують також об’ємну теплоємкість(С_об).

Об’ємна теплоємкість – кількість тепла, необхідне для нагрівання 1м³ газу на 1⁰С.

Мольна теплоємкість:

1. С_м = С_п * М_r , М_r –молярна маса речовини

2. С_об = С_м /22,4; С_об = С_п * ρ

ρ – питома вага газу кг/м³

3. С_v – ізохорна теплоємкість

C_p – ізобарна теплоємкість

C_p - С_v = R

R- універсальна газова стала ; R=8,313 Дж/град

4. Дійсна теплоємкість

С_дійсна = а_о + а₁ * Т + а₂ * Т² + ...

а_о , а₁ , а₂ – коефіцієнти, які знаходять дослідним шляхом.

Т- температура, ^оК, при якій знаходять дійсну теплоємкість.

5. Середня теплоємкість в інтервалі температур

С_ср = а_о + а₁ * (Т₂+Т₁)/2+ a₂(T₂²+T₂*T₁+T₁²)/3

6. Теплоємкість суміщав, якщо між ними немає хімічної взаємодії _{_}

С_п=(1/100)*(а*С₁+b*C₂+…)

a, b – кількість речовин в суміші (%)

С_{1 ,} С₂ – питомі теплоємкості складових суміші

7. Теплоємкість сплавів

С=Σ *n*C_i

n – доля елементу, що входить до сплаву

С_i – теплоємкість даного елементу в сплаві

Порядок виконання роботи

1. Викладач проводить експрес опитування студентів за темою практичної роботи з метою виявлення готовності студента до виконання роботи.

2. Видача індивідуальних завдань для практичної роботи

3. Студенти самостійно працюють над розрахунками, складають звіти, роблять висновки з роботи.

4. Захист практичної роботи має бути в усній або в письмовій формі, як спланує заняття викладач.

Контрольні запитання:

1. Що таке теплоємкість і які фактори впливають на її величину?

2. Види теплоємкості

3. Одиниці вимірювань теплоємкості

4. Як розрахувати теплоємкість сплавів?

5. Як пов’язані математично питома та мольна теплоємкість?

6. Як пов’язані математично питома та об’ємна теплоємкість?

7. Співвідношення ізохорної та ізобарної теплоємкості ідеального газу

Варіанти індивідуальних завдань до практичної роботи №2

1. Середня теплоємкість парів бензолу у межах температур 85-115^о С (при нормальному атмосферному тиску) дорівнює 1.257 кДж/кг град. Розрахувати середню мольну теплоємкість бензолу при постійному тиску і об’ємну та їх співвідношення (С_р /С_v).

2. Середня питома теплоємкість при постійному (нормальному) тиску для водяного пару в межах температури 100-500^о С дорівнює 2.01 кДж/кг град.

Розрахувати середню мольну теплоємкість водяного пару при постійному тиску і об’ємі, їх співвідношення (С_n/C_v).

3. Температурна залежність дійсної мольної теплоємкості повітря виражено рівнянням

С_р=27.2 + 0.0042 Т.

Розрахувати дійсну та питому теплоємкість, якщо співвідношення С_р/C_v для повітря дорівнює 1.4.

4. Температурна залежність дійсної мольної теплоємкості повітря виражається рівнянням

С_р=27.2 + 0.0042 Т.

Розрахувати середню теплоємкість в інтервалі температур 200-500^оС.

5. Мольна теплоємкість нітрогену при нормальних умовах дорівнює 20.95 кДж/к моль град. Визначити питому і об’ємну теплоємкість нітрогену за тих же умов.

6. Температурна залежність дійсної, мольної теплоємкості гематиту (Fe₂O₃) виражається рівнянням :

С_р= 103.58 + 67.21 ∙ 10^-3 Т – 17.74 ∙10⁵ Т^-2

Визначити кількість тепла (кДж), необхідної для нагрівання 1 кг гематиту від 16 до 1538^оС.

7. Температурна залежність дійсної мольної теплоємкості кристаболіта

β (SiO₂) виражається рівнянням

С_р=71.61 + 1.9 ∙10^-3 Т − 37.59 ∙ 10⁵ Т^-2

Визначити кількість тепла, необхідного для нагрівання 1 кг кристаболіта від 16 до 1538^оС.

8. Залежність теплоємкості парів ацетона від температури виражена рівнянням

С_р= 31.59 + 154.94 ∙ 10^-3 Т − 30.38 ∙ 10⁶ Т ²

Розрахувати витрати тепла (дж) на нагрівання 116.2 г ацетону від 298 до 500^оС.

9. Розрахувати кількість поглинутого тепла (кДж) при нагріванні 1 кг спирту від 127 до 327^оС (при постійному тиску), як що температурна залежність дійсної мольної теплоємкості (кДж/к моль град) виражається формулою:

С_р=9.05 + 0.208 Т − 0.0651 ∙10^-3 Т²

10. Розрахувати кількість тепла, що виділилось при ізобарному охолодженні 100 кг парів фармальдегіда від 500 до 200^оС, якщо температурна залежність мольної теплоємкості (кДж/к моль град) виражається за формулою

С_р=20.94 + 0.0586 Т − 0.0156 ∙ 10^-3 Т²

11. Яка кількість тепла (кДж) виділиться при ізобарному охолодженні 100 кг парів води від 827 до 127^оС, якщо

С_р=28.8 + 0.01375 Т − 1.435 ∙ 10^-6 Т²

12. Яка кількість тепла потрібна для нагрівання 10 кг парів ізопрену від 127 до 227^оС при нормальному тиску, якщо температурна залежність дійсної мольної теплоємкості (кДж/к моль град) виражається за формулою:

С_р = 3.98 + 0.337 Т − 0.243 ∙10^-3 Т²

13. Яка кількість тепла потрібна для нагрівання 100 м³ метана від 100 до 200^оС при нормальному тиску, якщо температурна залежність дійсної об’ємної теплоємкості (кДж/м³ град) виражається за формулою:

С_v =1.62 + 3.56 ∙ 10 Т

14. Розрахувати кількість теплоти, відданої 150 кг парів етилового спирту при охолодженні їх від 700 до 500^оС при нормальному тиску . Середні мольні теплоємкості для спирта (С) при температурах 100 і 400^оС відповідно дорівнюють 80.5 і 97.2 кДж/к моль град (тиск нормальний).

15. Яку кількість тепла віддають 100 кг водяних парів при охолодженні їх від 700 до 500^оК при нормальному тиску. Середня нормальна теплоємкість водяних парів при Т 500^оК дорівнює = 34.48, а при Т = 700^оК − 35.52

кДж/к моль град (тиск нормальний).

16. Розрахувати середню питому теплоємкість аміаку в інтервалі температур від 100 до 200^оС, якщо

С_р= 24.8 + 3.76 ∙ 10^-2 Т − 7.39 ∙ 10^-6 Т²

17. Розрахувати середню мольну теплоємкість заліза в інтервалі температур від 100 до 200^оС, якщо дійсна теплоємкість в межах температур від 0 до 600^оС виражається рівнянням:

С= 0.4613 + 2.12 ∙ 10^-4 t + 6/87 ∙ 10^-7 t²

18. Залежність мольної теплоємкості ацетилена від температури виражається формулою:

С_р= 24.46 + 64 ∙ 10^-3 Т − 2.87 ∙ 10^-6 Т²

Розрахувати середню питому теплоємкість (С_р) в інтервалі температур від 400 до 500 К.

19. Визначте середню питому теплоємкість оксиду кальцію у проміжку температур 1200-1300^оС, якщо

С_р=48.77 + 4.525 ∙ 10^-3 Т

20. Обчислити мольну теплоємкість бензола при 30^оС, якщо

С_р= 86.74 + 0.1089 t

21. Обчислити дійсну мольну теплоємкість сульфурогідрогену при 35^оС, якщо

С_р=33.14 + 10.27 ∙ 10^-3 t − 16.8 ∙10^-7 t²

22. Обчислити дійсну мольну теплоємкість етилену при 37^оС, якщо

С_v= 46.06 + 0.03268 t

23. Для діоксиду карбону обчислити дійсну мольну і питому теплоємкість діоксиду (кДж /к моль град) при постійному тиску і температурі 27^оС.

24. Обчислити дійсну мольну і питому теплоємкість гідрогену при 27^оС, якщо

С_р= 28.82 + 0.0002849 Т

25. Визначте середню мольну, питому теплоємкість оксиду карбону при постійному об’ємі від 0 до 500^оС, якщо в інтервалі температур від 0 до 1500^оС:

С_р= 29.08 + 0.002818 t