2. Смесь газов

Газовой смесью понимается смесь отдельных газов, вступающих между собой ни в какие химические реакции. Каждый газ (компонент) в смеси независимо от других газов полностью сохраняет все свои свойства и ведет себя так, как если бы он один занимал весь объем смеси. Парциальное давление – это давление, которое имел бы каждый газ, входящий в состав смеси, если бы этот газ находился один в том же количестве, в том же оюъеме и при той же температуре, что и в смеси. Газовая смесь подчиняется закону Дальтона: Общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений отдельных газов, составляющих смесь.

Р = Р₁ + Р₂ + Р₃ + . . .Р_n = ∑ Р_i ,

где Р₁ , Р₂ , Р₃ . . .Р_n – парциальные давления. Состав смеси задается объемными, массовыми и мольными долями, которые определяются соответственно по следующим формулам:

r₁ = V₁ / V_см ; r₂ = V₂ / V_см ; … r_n = V_n / V_см , g₁ = m₁ / m_см ; g₂ = m₂ / m_см ; … g_n = m_n / m_см , r₁^′ = ν₁ / ν_см ; r₂^′ = ν₂ / ν_см ; … r_n^′ = ν_n / ν_см ,

где V₁ ; V₂ ; … V_n ; V_см –объемы компонентов и смеси; m₁ ; m₂ ; … m_n ; m_см – массы компонентов и смеси; ν₁ ; ν₂ ; … ν_n ; ν_см – количество вещества (киломолей) компонентов и смеси. Для идеального газа по закону Дальтона:

r₁ = r₁^′ ; r₂ = r₂^′ ; … r_n = r_n^′ .

Так как V₁ +V₂ + … + V_n = V_см

и m₁ + m₂ + … + m_n = m_см , то r₁ + r₂ + … + r_n = 1 , g₁ + g₂ + … + g_n = 1.

Связь между объемными и массовыми долями следующее:

g₁ = r₁∙μ₁/μ_см ; g₂ = r₂∙μ₂ /μ_см ; … g_n = r_n∙μ_n /μ_см ,

где: μ₁ , μ₂ , … μ_n , μ_см – молекулярные массы компонентов и смеси. Молекулярная масса смеси:μ_см = μ₁ r₁ + r₂ μ₂+ … + r_n μ_n Газовая постоянная смеси:

R_см = g₁ R₁ + g₂ R₂ + … + g_n R_n = = R_μ (g₁/μ₁ + g₂/μ₂+ … + g_n/μ_n ) = = 1 / (r₁/R₁ + r₂/R₂+ … + r_n/R_n) .

Удельные массовые теплоемкости смеси:

с_{р см.} = g₁ с_{р 1} + g₂ с_{р 2} + … + g_nс_{р n} . с_{v см.} = g₁с_{р 1} + g₂с_{v 2} + … + g_nс_{v n} .

Удельные молярные (молекулярные) теплоемкости смеси:

с_{рμ см.} = r₁ с_{рμ 1} + r₂ с_{рμ 2} + … + r_nс_{рμ n} . с_vμсм. = r₁с_{vμ 1} + r₂с_{vμ 2} + … + r_nс_{vμ n} .

3. Теплоемкость газа

Истинная теплоемкость рабочего тела определяется отношением количества подведенной (отведенной) к рабочему телу теплоты в данном т/д процессе к вызванному этим изменениям температуры тела.

С = dQ / dT , [Дж /К] ;

Теплоемкость зависит от внешних условий или характера процесса, при котором происходит подвод или отвод теплоты. Различают следующие удельные теплоемкости:массовую – с = С / m , [Дж/кг] ; молярную - с_μ = С / ν , [Дж/моль] , где ν - количества вещества [моль] ; объемную - с^/ = С / V = с·ρ , [Дж/м³] ,

где - ρ = m / V - плотность вещества. Связь между этими теплоемкостями:с = с^/ · υ = с_μ / μ , где - υ = V/m - удельный объем вещества, [м³/кг]; μ = m /ν – молярная (молекулярная) масса, [кг/моль]. Теплоемкость газов в большой степени зависит от тех условий, при которых происходит процесс их нагревания или охлаждения. Различают теплоемкости при постоянном давлении (изобарный) и при постоянном объеме (изохорный). Таким образом различают следующие удельные теплоемкости: с_р , с_v – массовые изобарные и изохорные теплоемкости; с_pμ , с_vμ – молярные изобарные и изохорные теплоемкости; с^/_p , с^/_v – объемные изобарные и изохорные теплоемкости. Между изобарными и изохорными теплоемкостями существует следующая зависимость:

с_р - с_v = R - уравнение Майера; с_pμ - с_vμ = R_μ .

Теплоемкость зависит от температуры, которые даются в справочных литературах в виде таблицы как средние теплоемкости в интервале температур от 0 до t_х. Для определения средней теплоемкости в интервале температур от t₁ до t₂ можно использовать следующую формулу:

с|^t2_t1 = (с|^t2₀ t₂ - с|^t1₀ t₁) / (t₂ - t₁) .