Oznaczanie masowej izobarycznej pojemności ciepła powietrza. Oznaczanie masy izobarycznej pojemności cieplnej specyficznej powietrza ISOBAR
Pod ciepło właściwe Substancje rozumieją ilość ciepła, które należy poinformować lub odebrać od jednostki substancji (1 kg, 1 m3, 1 mola), aby zmienić jego temperaturę na stopień.
W zależności od jednostki danej substancji, następująca specyficzna pojemność cieplna rozróżnia:
Masowa pojemność ciepła Z, przypisany do 1 kg gazu, j / (kg ∙ k);
Molowa pojemność ciepła μs., przypisany do 1 km i Gazy, J / (Kolol ∙ K);
Ciepło wolumetryczne Z', przypisany do gazu 1 m3, J / (M 3 ∙ K).
Specyficzna pojemność ciepła związana jest ze sobą w stosunku:
gdzie υ n. - specyficzna objętość gazu w normalnych warunkach (N.U.), M3 / kg; µ - masa molowa gazu, kg / kmol.
Pojemność ciepła idealnego gazu zależy od charakteru procesu dostarczania (lub usuwania) ciepła, z atomowej gazu i temperatury (pojemność cieplna prawdziwych gazów zależy również od ciśnienia).
Komunikacja między masowym isobar Z P. i isochorny. Z V. Pojemność ciepła jest ustawiona przez równanie Mayera:
Z p - z v \u003d r, (1.2)
gdzie R -stała gazowa, j / (kg ∙ k).
Gdy idealny gaz jest ogrzewany w zamkniętym naczyniu, stała objętość ciepła jest spożywa tylko na zmianę energii ruchu jego cząsteczek, a po podgrzaniu przy stałym ciśnieniem, ze względu na rozbudowę gazu, praca jest wykonywana w taki sam czas przed siadami zewnętrznymi.
W przypadku pojemności ciepła molowego równanie mayera ma formularz:
μС p - μs v \u003d μr, (1.3)
gdzie μr.\u003d 8314J / (KMOL ∙ K) - uniwersalna stała gazowa.
Objętość doskonałego gazu V N.Dostarczone do normalnych warunków jest określony z następujących relacji:
(1.4)
gdzie R N. - ciśnienie w normalnych warunkach, R N. \u003d 101325 PA \u003d 760 mm RTST; T n. - Temperatura w normalnych warunkach T n. \u003d 273,15 k; P T., V T., T T. - Ciśnienie robocze, objętość i temperatura gazu.
Stosunek izobarycznej pojemności ciepła do izochlorywa jest oznaczony k. i zadzwonił wskaźnik Adiabat.:
(1.5)
Z (1.2) i biorąc pod uwagę (1,5) dostajemy:
W celu dokładnych obliczeń średnia pojemność cieplna jest określana przez wzoru:
(1.7)
W obliczeniach termicznych o różnych urządzeniach jest często określana ilość ciepła, co jest wymagane do ogrzewania lub chłodzenia gazów:
Q \u003d c ∙ m∙(t. 2 - t. 1), (1.8)
Q \u003d c '∙ v n∙(t. 2 - t. 1), (1.9)
gdzie V N. - objętość gazu w N.U. M3.
Q \u003d μc ∙ ν∙(t. 2 - t. 1), (1.10)
gdzie ν - Liczba gazu, KMOL.
Pojemność cieplna. Korzystanie z pojemności ciepła do opisania procesów w systemach zamkniętych
Zgodnie z równaniem (4.56) ciepło można określić, jeśli znana jest zmiana systemu Entropy S. Jednak fakt, że entropia nie może być mierzona bezpośrednio, tworzy pewne komplikacje, zwłaszcza przy opisywaniu procesów izochornych i izobarycznych. Istnieje potrzeba określenia ilości ciepła przy użyciu wartości mierzonych przez doświadczenie.
Pojemność ciepła systemu może działać jako taka wielkość. Najbardziej ogólna definicja pojemności cieplnej oznacza z ekspresji pierwszej ustawy termodynamiki (5,2), (5.3). Na podstawie go wszelkie pojemność systemu w odniesieniu do działania formularza M zależy od równania
C m \u003d da m / dp m \u003d p m d e g m / dp m, (5.42)
gdzie z M jest pojemność systemu;
P M i G M - odpowiednio, uogólniony potencjał i współrzędna stanu formularza M.
Wartość C M pokazuje, jak bardzo działalność typu M musi być wykonana w ramach podanych warunków, aby zmienić potencjał Pana Uogólnionego systemu na jednostkę pomiaru.
Koncepcja pojemności systemu w odniesieniu do jednej lub innej pracy w termodynamiki jest szeroko stosowana tylko przy opisywaniu interakcji cieplnej między systemem a środowiskiem.
Pojemność systemu w stosunku do ciepła nazywana jest pojemność cieplna i podaje się przez równość.
C \u003d d e q / dt \u003d TD E Heat / DT. (5.43)
W ten sposób, pojemność ciepła można zdefiniować jako ilość ciepła, które należy zgłaszać do systemu, aby zmienić jego temperaturę dla jednego Kelvina.
Pojemność cieplna, podobnie jak wewnętrzna energia i entalpia, jest obszerną wartości proporcjonalną do ilości substancji.W praktyce stosuje się pojemność cieplna, z zastrzeżeniem jednostki masy substancji - ciepło właściwei pojemność cieplna przypisana do jednej substancji modlącej - molowa pojemność ciepła. Specyficzna pojemność cieplna w C jest wyrażona w J / (kg · k), a molowy jest w J / (mol · k).
Specyficzna i molowa pojemność ciepła są związane z stosunkiem:
Z mol \u003d C UD M, (5.44)
gdzie m jest masą cząsteczkową substancji.
Rozróżniać prawdziwa (różnica) pojemność ciepłaokreślone z równania (5,43) i reprezentujące podstawowe przyrost ciepła w nieskończenie małej zmianie temperatury i średnia pojemność cieplna reprezentujący stosunek całkowitej ilości ciepła do pełnej zmiany temperatury w tym procesie:
P / DT. (5.45)
Związek między prawdą i średnią pojemnością cieplną jest ustalane przez relację
Przy stałym ciśnieniem lub objętości ciepła, a odpowiednio, pojemność ciepła nabywa właściwości funkcji stanu, tj. stać się cechami systemu. Jest to ta pojemność ciepła - izobaryna z p (przy stałym ciśnieniu) i izochornym z V (ze stałą objętością) są najczęściej stosowane w termodynamiki.
Jeśli system jest ogrzewany przy stałej objętości, zgodnie z wyrażeniem (5.27), pojemność ciepła hegoiczna C V jest rejestrowana jako
C v \u003d. 
. (5.48)
Jeśli system jest ogrzewany przy stałym ciśnieniu, zgodnie z równaniem (5,32), izobaryczną pojemność cieplną z P pojawia się jako
Z p \u003d. 
. (5.49)
Aby znaleźć związek między P a C V, konieczne jest indeksowanie wyrażenia (5.31) przez temperaturę. Dla jednego molu doskonałego gazu, wyrażenie z uwzględnieniem równania (5.18) może być reprezentowane jako
H \u003d u + pv \u003d u + rt. (5.50)
dH / DT \u003d DU / DT + R, (5.51)
a różnica między izobarycznymi i izochorycznymi uderzeniami cieplnymi dla jednego mola doskonałego gazu jest numerycznie równa uniwersalnej stałej gazu R:
C P - z V \u003d R. (5.52)
Pojemność cieplna przy stałym ciśnieniem jest zawsze większa niż pojemność cieplna przy stałej objętości, ponieważ ogrzewanie substancji przy stałym ciśnieniu towarzyszy funkcjonowanie ekspansji gazu.
Wykorzystując ekspresję wewnętrznej energii idealnego gazu pojedynczego Osomic (5.21), otrzymujemy wartość jego ciepła do jednego mola doskonałego pojedynczego gazu:
C V \u003d DU / DT \u003d D (3/2 RT) DT \u003d 3/2 R »12,5 j / (mol · k); (5.53)
C p \u003d 3 / 2R + R \u003d 5/2 R »20,8 j / (mol · k). (5.54)
Zatem dla pojedynczych nazw Idealnych gazów C V i C, nie zależy od temperatury, ponieważ całą energię termiczną jest spożywane tylko w celu przyspieszenia ruchu translacyjnego. W przypadku cząsteczek multitomicznych wraz ze zmianą ruchu progresywnego może wystąpić zmiana ruchu obrotowego i oscylacyjnego ruchu wewnątrzczącym. W przypadku cząsteczek okrętowych dodatkowy ruch obrotowy jest zwykle brany pod uwagę, w wyniku których wartości liczbowe ich pojemności ciepła są:
C V \u003d 5/2 R »20,8 j / (mol · k); (5.55)
C p \u003d 5/2 R + R \u003d 7/2 R »29.1 j / (mol · k). (5.56)
Po drodze dotkniemy uprzejmości substancji w innych (z wyjątkiem gazowych) stanów agregujących. Aby oszacować pojemność stałych związków chemicznych, przybliżona zasada additivity Nimane i Kopp jest często stosowana, zgodnie z którym molowa pojemność cieplna związków chemicznych w stanie stałym jest równa sumie atomowej pojemności ciepła elementów zawarte w tym związku. Tak więc, pojemność cieplna złożonego związku chemicznego, z uwzględnieniem przepisów Dulong i PH, można ocenić jako:
C V \u003d 25N J / (MOL · K), (5,57)
gdzie n jest liczbą atomów w cząsteczkach związków.
Pojemność cieplna cieczy i ciał stałych w pobliżu temperatury topnienia (krystalizacja) jest prawie równa. W pobliżu normalnego punktu wrzenia większość cieczy organicznych ma określoną pojemność cieplną 1700 - 2100 j / kg · k. W odstępach między tymi temperaturami przejściowymi fazowymi pojemność cieplna cieczy może się znacznie różnić (w zależności od temperatury). Ogólnie rzecz biorąc, zależność pojemności cieplnej organów stałych w zakresie temperatury w zakresie 0-290K w większości przypadków jest dobrze przekazywana przez półpirical równania debabera (do krystalicznej kraty) w dziedzinie niskich temperatur
C P »C V \u003d ET 3, (5.58)
w którym współczynnik proporcjonalności (E) zależy od charakteru substancji (stała empiryczna).
Zależność cieplnej pojemności gazów, cieczy i stałych temperatur podczas konwencjonalnych i wysokich temperatur jest podejmowana w celu wyrażania przy pomocy równań empirycznych mających typ wiersze mocy:
C P \u003d A + BT + CT 2 (5.59)
Z p \u003d a + bt + c "t -2, (5,60)
gdzie A, B, C i C "są empiryczne współczynniki temperatury.
Wracając do opisu procesów w systemach zamkniętych z zaangażowaniem sposobu pojemności ciepła, zapisujemy pewne równania podane w pkt 5.1, w kilku innych formach.
Proces Isochhore.. Wyrażając energię wewnętrzną (5,27) poprzez pojemność cieplną
du v \u003d DQ V \u003d U 2 - U 1 \u003d C V DT \u003d C V DT. (5.61)
Wraz z faktem, że pojemność ciepła idealnego gazu nie zależy od temperatury, równania (5.61) można zapisać w następujący sposób:
Du v \u003d q v \u003d u 2 - u 1 \u003d C V DT. (5.62)
Aby obliczyć wartość integralnej (5,61) w przypadku prawdziwych gazów jedno- i poliaturalnych, musisz znać specyficzny rodzaj zależności funkcjonalnej C V \u003d F (t) typu (5.59) lub (5,60).
Proces izobaryczny. Dla stanu gazowego substancji, pierwsze prawo termodynamiki (5,29) dla tego procesu, biorąc pod uwagę nagranie operacji rozszerzalności (5,35) i przy użyciu metody pojemności ciepła jest zapisywany w następujący sposób:
Q p \u003d z V DT + RDT \u003d C P DT \u003d DH (5.63)
Q p \u003d dh p \u003d h 2 - h 1 \u003d c r dt. (5.64)
Jeśli system jest doskonały gaz, a pojemność cieplna z P nie zależy od temperatury, relacja (5.64) przechodzi do (5,63). Aby rozwiązać równanie (5.64), opisującego prawdziwy gaz, konieczne jest znanie określonego typu zależności C p \u003d f (t).
Proces izotermiczny. Zmiana wewnętrznej energii idealnego gazu w procesie płynącego w stałej temperaturze
du t \u003d c v dt \u003d 0. (5,65)
Proces adiabatyczny. Ponieważ DU \u003d C V DT, a następnie dla jednego mola doskonałego gazu, zmiana energii wewnętrznej, a wykonana praca jest równa, odpowiednio:
Du \u003d C V DT \u003d C V (T 2 - T 1); (5.66)
I futro \u003d -du \u003d c v (t 1 - t 2). (5.67)
Analiza równań charakteryzujących różne procesy termodynamiczne w warunkach: 1) p \u003d subst; 2) V \u003d subst; 3) T \u003d Const i 4) DQ \u003d 0 pokazuje, że wszystkie mogą być reprezentowane przez ogólne równanie:
pV N \u003d Sonst. (5.68)
W tym równaniu, wskaźnik "N" może podjąć wartości od 0 do ¥ dla różnych procesów:
1. ISOBARIC (n \u003d 0);
2. izotermiczny (n \u003d 1);
3. izochoretyczne (n \u003d ¥);
4. Adiabatyczne (n \u003d g; gdzie G \u003d C P / C V jest współczynnikiem adiabatycznym).
Otrzymane wskaźniki są ważne dla doskonałego gazu i są konsekwencją równania państwa, a badane procesy są prywatnymi i ograniczającymi objawami realnych procesów. Prawdziwe procesy są zwykle pośrednie, postępuj z dowolnymi wartościami "N" i uzyskała nazwę procesów politropowych.
Jeśli porównujesz pracę rozszerzenia doskonałego gazu wytworzonego w badanych procesach termodynamicznych, ze zmianą objętości z V 1 do V2, jak można zobaczyć z FIG. 5.2, największą pracą ekspansją przeprowadza się w procesie izobarycznym, mniejsze - w izotermie, a nawet mniej - w adiabatycznym. W przypadku procesu izohorotycznego praca wynosi zero.
Figa. 5.2. P \u003d f (v) - niezależność dla różnych procesów termodynamicznych (cieniowane obszary charakteryzują działanie rozszerzenia w odpowiednim procesie)
Uważane są główne właściwości fizyczne powietrza: gęstość powietrza, jego lepkość dynamiczna i kinematyczna, specyficzne ciepło, przewodność cieplna, temperatura, liczba parandtl i entropii. Właściwości powietrza podano w tabelach w zależności od temperatury przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym.
Gęstość powietrza w zależności od temperatury
Przedstawiono szczegółowy tabelę wartości gęstości powietrza w stanie suchym w różnych temperaturach i normalne ciśnienia atmosferyczne. Jaka jest gęstość powietrza? Analitycznie określić, że gęstość powietrza może być, jeśli jest podzielona na masę na objętości, potrzeba Zgodnie z danymi warunkami (ciśnienie, temperatura i wilgotność). Może być również obliczany jego gęstość według wzoru do równania stanu idealnego gazu. Aby to zrobić, musisz znać bezwzględną ciśnienie i temperaturę powietrza, a także stałą stałą gazową i objętość molową. To równanie pozwala obliczyć gęstość powietrza w stanie suchym.
W praktyce aby dowiedzieć się, jaka jest gęstość powietrza w różnych temperaturachJest to wygodne używanie gotowych tabel. Na przykład, tabela wartości gęstości powietrza atmosferycznego w zależności od temperatury. Gęstość powietrza w tabeli jest wyrażona w kilogramach na licznik sześcienny i podano w zakresie temperatur od minus 50 do 1200 stopni Celsjusza pod normalnym ciśnieniem atmosferycznym (101325 Pa).
| t, ° С | ρ, kg / m 3 | t, ° С | ρ, kg / m 3 | t, ° С | ρ, kg / m 3 | t, ° С | ρ, kg / m 3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1,584 | 20 | 1,205 | 150 | 0,835 | 600 | 0,404 |
| -45 | 1,549 | 30 | 1,165 | 160 | 0,815 | 650 | 0,383 |
| -40 | 1,515 | 40 | 1,128 | 170 | 0,797 | 700 | 0,362 |
| -35 | 1,484 | 50 | 1,093 | 180 | 0,779 | 750 | 0,346 |
| -30 | 1,453 | 60 | 1,06 | 190 | 0,763 | 800 | 0,329 |
| -25 | 1,424 | 70 | 1,029 | 200 | 0,746 | 850 | 0,315 |
| -20 | 1,395 | 80 | 1 | 250 | 0,674 | 900 | 0,301 |
| -15 | 1,369 | 90 | 0,972 | 300 | 0,615 | 950 | 0,289 |
| -10 | 1,342 | 100 | 0,946 | 350 | 0,566 | 1000 | 0,277 |
| -5 | 1,318 | 110 | 0,922 | 400 | 0,524 | 1050 | 0,267 |
| 0 | 1,293 | 120 | 0,898 | 450 | 0,49 | 1100 | 0,257 |
| 10 | 1,247 | 130 | 0,876 | 500 | 0,456 | 1150 | 0,248 |
| 15 | 1,226 | 140 | 0,854 | 550 | 0,43 | 1200 | 0,239 |
W 25 ° C powietrze ma gęstość 1,185 kg / m3. Po podgrzaniu gęstość powietrza zmniejsza się - powietrze rozszerza się (wzrasta jego specyficzna objętość). Przy rosnącej temperaturze, na przykład, do 1200 ° C osiąga się bardzo niską gęstość powietrza, równa 0,239 kg / m3, co jest 5 razy mniej niż jego wartość w temperaturze pokojowej. Ogólnie rzecz biorąc, spadek ogrzewania pozwala nam przejść takim procesem jako naturalną konwekcję i jest stosowany, na przykład, w aeronautyce.
Jeśli porównasz gęstość powietrza stosunkowo, powietrze jest lżejsze niż trzy rzędy wielkości - w temperaturze 4 ° C Gęstość wody wynosi 1000 kg / m3, a gęstość powietrza wynosi 1,27 kg / m3. Należy również zwrócić uwagę na wartość gęstości powietrza w normalnych warunkach. Normalne warunki gazów są te, w których ich temperatura wynosi 0 ° C, a ciśnienie jest równe normalnej atmosfery. Tak więc, zgodnie z tabelą, gęstość powietrza w normalnych warunkach (well) wynosi 1,293 kg / m 3.
Dynamiczna i kinematyczna lepkość powietrza w różnych temperaturach
Podczas wykonywania obliczeń termicznych konieczne jest znanie wartości lepkości powietrza (współczynnik lepkości) w różnych temperaturach. Ta wartość jest wymagana do obliczenia Raynoldsa, Graolshaf, przekaźnik, którego wartości określają przepływ tego gazu. Tabela daje wartości współczynników dynamicznych μ i kinematic. ν Lepkość powietrza w zakresie temperatur od -50 do 1200 ° C przy ciśnieniu atmosferycznym.
Współczynnik lepkości powietrza ze wzrostem jego temperaturze znacznie wzrasta. Na przykład, lepkość kinematyczna powietrza wynosi 15,06 · 10 -6 M2 / s w temperaturze 20 ° C, a ze wzrostem temperatury do 1200 ° C, lepkość powietrza staje się równa 233,7 · 10 -6 m 2 / s, to jest, wzrasta 15,5 razy! Dynamiczna lepkość powietrza w temperaturze 20 ° C wynosi 18,1 · 10 -6 PA · s.
Gdy powietrze ogrzewa się, wartości zwiększania lepkości kinematycznej i dynamicznej. Te dwie wartości są połączone za pomocą wartości gęstości powietrza, której wartość jest zmniejszona przez ogrzewanie tego gazu. Wzrost lepkości kinematycznej i dynamicznej powietrza (jak również inne gazy) podczas ogrzewania jest związane z bardziej intensywną oscylacją cząsteczek powietrza wokół ich stanu równowagi (zgodnie z MTC).
| t, ° С | μ · 10 6, PA · S | ν · 10 6, m 2 / s | t, ° С | μ · 10 6, PA · S | ν · 10 6, m 2 / s | t, ° С | μ · 10 6, PA · S | ν · 10 6, m 2 / s |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 14,6 | 9,23 | 70 | 20,6 | 20,02 | 350 | 31,4 | 55,46 |
| -45 | 14,9 | 9,64 | 80 | 21,1 | 21,09 | 400 | 33 | 63,09 |
| -40 | 15,2 | 10,04 | 90 | 21,5 | 22,1 | 450 | 34,6 | 69,28 |
| -35 | 15,5 | 10,42 | 100 | 21,9 | 23,13 | 500 | 36,2 | 79,38 |
| -30 | 15,7 | 10,8 | 110 | 22,4 | 24,3 | 550 | 37,7 | 88,14 |
| -25 | 16 | 11,21 | 120 | 22,8 | 25,45 | 600 | 39,1 | 96,89 |
| -20 | 16,2 | 11,61 | 130 | 23,3 | 26,63 | 650 | 40,5 | 106,15 |
| -15 | 16,5 | 12,02 | 140 | 23,7 | 27,8 | 700 | 41,8 | 115,4 |
| -10 | 16,7 | 12,43 | 150 | 24,1 | 28,95 | 750 | 43,1 | 125,1 |
| -5 | 17 | 12,86 | 160 | 24,5 | 30,09 | 800 | 44,3 | 134,8 |
| 0 | 17,2 | 13,28 | 170 | 24,9 | 31,29 | 850 | 45,5 | 145 |
| 10 | 17,6 | 14,16 | 180 | 25,3 | 32,49 | 900 | 46,7 | 155,1 |
| 15 | 17,9 | 14,61 | 190 | 25,7 | 33,67 | 950 | 47,9 | 166,1 |
| 20 | 18,1 | 15,06 | 200 | 26 | 34,85 | 1000 | 49 | 177,1 |
| 30 | 18,6 | 16 | 225 | 26,7 | 37,73 | 1050 | 50,1 | 188,2 |
| 40 | 19,1 | 16,96 | 250 | 27,4 | 40,61 | 1100 | 51,2 | 199,3 |
| 50 | 19,6 | 17,95 | 300 | 29,7 | 48,33 | 1150 | 52,4 | 216,5 |
| 60 | 20,1 | 18,97 | 325 | 30,6 | 51,9 | 1200 | 53,5 | 233,7 |
Uwaga: Bądź ostrożny! Lepkość powietrza daje stopień 10 6.
Specyficzna pojemność cieplna w temperaturach od -50 do 1200 ° C
Tabela określonej pojemności ciepła powietrza jest prezentowana w różnych temperaturach. Pojemność cieplna w tabeli podaje się przy stałym ciśnieniu (izobaryczna pojemność cieplna powietrza) w zakresie temperatur od minus 50 do 1200 ° C w powietrzu w stanie suchym. Jaka jest specyficzna pojemność cieplna powietrza? Wartość specyficznej pojemności ciepła określa ilość ciepła, które należy doprowadzić do jednego kilograma powietrza u stałego ciśnienia, aby zwiększyć jego temperaturę o 1 stopień. Na przykład, w 20 ° C do ogrzewania 1 kg tego gazu w 1 ° C w procesie izobarycznym wymagany jest 1005 j ciepła.
Specyficzna pojemność powietrza wzrasta wraz ze wzrostem jego temperatury. Jednak zależność masowej pojemności ciepła powietrza z temperatury nie jest liniowa. W zakresie od -50 do 120 ° C jego wartość jest praktycznie nie uległa zmianie - w tych warunkach, średnia pojemność ciepła powietrza wynosi 1010 j / (kg · grad). Według tabeli widać, że znaczący wpływ temperatury zaczyna renderować o wartości 130 ° C. Jednak temperatura powietrza wpływa na jego specyficzną pojemność ciepła jest znacznie słabsza niż lepkość. Tak więc, gdy ogrzewano od 0 do 1200 ° C pojemność ciepła wzrasta tylko 1,2 razy - od 1005 do 1210 j / (kg · grad).
Należy zauważyć, że pojemność ciepła mokrego powietrza jest wyższa niż sucha. Jeśli porównujesz i powietrze, jest oczywiste, że woda ma większą wartość i zawartość wody w powietrzu prowadzi do wzrostu specyficznego ciepła.
| t, ° С | C p, j / (kg · grad) | t, ° С | C p, j / (kg · grad) | t, ° С | C p, j / (kg · grad) | t, ° С | C p, j / (kg · grad) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1013 | 20 | 1005 | 150 | 1015 | 600 | 1114 |
| -45 | 1013 | 30 | 1005 | 160 | 1017 | 650 | 1125 |
| -40 | 1013 | 40 | 1005 | 170 | 1020 | 700 | 1135 |
| -35 | 1013 | 50 | 1005 | 180 | 1022 | 750 | 1146 |
| -30 | 1013 | 60 | 1005 | 190 | 1024 | 800 | 1156 |
| -25 | 1011 | 70 | 1009 | 200 | 1026 | 850 | 1164 |
| -20 | 1009 | 80 | 1009 | 250 | 1037 | 900 | 1172 |
| -15 | 1009 | 90 | 1009 | 300 | 1047 | 950 | 1179 |
| -10 | 1009 | 100 | 1009 | 350 | 1058 | 1000 | 1185 |
| -5 | 1007 | 110 | 1009 | 400 | 1068 | 1050 | 1191 |
| 0 | 1005 | 120 | 1009 | 450 | 1081 | 1100 | 1197 |
| 10 | 1005 | 130 | 1011 | 500 | 1093 | 1150 | 1204 |
| 15 | 1005 | 140 | 1013 | 550 | 1104 | 1200 | 1210 |
Przewodność cieplna, woda temperatura, liczba Prandtl Air Prandtl
Tabela przedstawia takie właściwości fizyczne powietrza atmosferycznego, takie jak przewodność cieplna, temperatura i jego liczba parandtl w zależności od temperatury. Właściwości termofizyczne powietrza mieści się w zakresie od -50 do 1200 ° C do suchego powietrza. Według tabeli widać, że wskazane właściwości powietrza zasadniczo zależne od temperatury i zależności temperatury uznanych właściwości tego gazu jest inna.
Co jest konieczne, aby zmienić temperaturę płynu roboczego, w tym przypadku, powietrze, jeden stopień. Pojemność cieplna powietrza zależy bezpośrednio od temperatury i ciśnienia. Jednocześnie można wykorzystać różne metody do badania różnych rodzajów pojemności ciepła.
Matematycznie, pojemność cieplna powietrza jest wyrażona jako stosunek ilości ciepła do przyrostu jego temperatury. Pojemność cieplna korpusu o masie 1 kg jest zwyczajowa, która ma być zwana specyficzną. Molą pojemność powietrza jest pojemność cieplna jednej materii modlącej. Wyznaczona pojemność cieplna - J / K. Molarowa pojemność cieplna, odpowiednio j / (mol * k).
Pojemność ciepła można uznać za charakterystykę fizyczną każdej substancji, w tym przypadku powietrza, jeżeli pomiar jest przeprowadzany w warunkach stałych. Najczęściej, takie pomiary są przeprowadzane na stałym ciśnieniu. W ten sposób określa się izobaryczną pojemność cieplnej powietrza. Zwiększa się ze wzrostem temperatury i ciśnienia i jest również liniową funkcją tych wartości. W tym przypadku zmiana temperatury występuje przy stałym ciśnieniu. Aby obliczyć izobaryczną pojemność ciepła, konieczne jest określenie temperatury pseudokoksycznej i ciśnienia. Jest określany przy użyciu danych referencyjnych.
Pojemność powietrza. funkcje
Powietrze jest mieszaniną gazową. Po rozpatrzeniu podjęto następujące założenia w termodynamiki. Każdy gaz w kompozycji mieszaniny powinien być równomiernie rozmieszczony w całym objętości. Zatem objętość gazu jest równa objętości całej mieszaniny. Każdy gaz w składzie mieszaniny ma jej częściowe ciśnienie, które czyni na ścianach naczynia. Każda ze składników mieszanki gazowej powinna mieć temperaturę równą temperaturze całej mieszaniny. W tym przypadku suma częściowych presji wszystkich składników jest równa ciśnieniu mieszaniny. Obliczanie pojemności ciepła powietrza prowadzi się na podstawie danych w składzie mieszaniny gazowej i pojemności cieplnej poszczególnych elementów.
Pojemność cieplna niejednoznacznie charakteryzuje substancję. Pierwszego prawa termodynamiki, można stwierdzić, że wewnętrzna energia ciała różni się nie tylko w zależności od ilości otrzymanej ciepła, ale także z doskonałej pracy. W różnych warunkach procesu transferu ciepła praca może się różnić. Tak więc, ten sam opisano korpus jest ilością ciepła, może powodować różne w rozumieniu zmiany temperatury i energii wewnętrznej organizmu. Ta funkcja jest charakterystyczna tylko dla substancji gazowych. W przeciwieństwie do ciała stałych i ciekłych, substancje gazowe mogą silnie zmienić głośność i pracę. Dlatego pojemność cieplna powietrza określa charakter samego procesu termodynamicznego.
Jednak ze stałą objętością powietrze nie działa. Dlatego zmiana energii wewnętrznej jest proporcjonalna do zmiany w jego temperaturze. Stosunek pojemności ciepła w ciągłym procesie ciśnienia, do pojemności ciepła w procesie o stałej objętości jest częścią wzoru procesu adiabatycznego. Jest wskazany przez literaturę Gamma Gammsa.
Z historii
Terminy "pojemność ciepła" i "ilość ciepła" nie dobrze opisują ich istotę. Wynika to z faktu, że weszli w nowoczesną naukę z teorii rośliny grzejnej, która była popularna w XVIII wieku. Wyznawcy tej teorii uznano za ciepło jako rodzaj istotnej substancji, która jest zawarta w ciałach. Ta substancja nie może zostać zniszczona ani utworzona. Chłodzenie i ogrzewanie organów wyjaśniono odpowiednio spadkiem lub zwiększenie treści pojazdów cieplnej. Z biegiem czasu ta teoria była nieprawidłowa. Nie mogła wyjaśnić, dlaczego ta sama zmiana w wewnętrznej energii jakiegokolwiek korpusu uzyskuje się, przekazując go inną ilość ciepła, a także zależy od organizmu wykonanego przez organizm.
Laboratorium Praca numer 1
Definicja masy izobarova
pojemność powietrza
Pojemność ciepła jest ciepłem, który musi być doprowadzony do pojedynczej ilości substancji do ogrzewania go na 1 K. Jednostkowa ilość substancji może być mierzona w kilogramach, metrów sześciennych w normalnych warunkach fizycznych i kilo moli. KILOME z gazu jest masą gazu w kilogramach, liczbowo równa masie cząsteczkowej. W ten sposób istnieją trzy rodzaje ciepła: masa C, J / (kg⋅k); Volumenny z ", J / (M3⋅K) i MOLNA, J / (Cololk). Ponieważ gaz gazowy ma masę w μ razy więcej niż jeden kilogram, indywidualna notacja do molowej pojemności ciepła nie jest podawana. Cele między obwodami ciepła:
gdzie \u003d 22,4 m3 / KMOL - objętość kilomoli idealnego gazu w normalnych warunkach fizycznych; - Gęstość gazu w normalnych warunkach fizycznych, kg / m3.
Prawdziwa pojemność cieplna gazu pochodzi z ciepła ciepła:
Ciepło dostarczane do ciepła zależy od procesu termodynamicznego. Można go określić zgodnie z pierwszym ustawą termodynamiki do procesów izochloryjnych i izobarycznych:
Oto ciepło, które dostarczono do 1 kg gazu w procesie izobarycznym; - zmiana w wewnętrznej energii gazu; - działanie gazów przed siodami zewnętrznymi.
Zasadniczo, formuła (4) formułuje pierwszy początek termodynamiki, z którego równania mayera brzmi:
Jeśli umieścimy \u003d 1 K, to znaczy, fizyczne znaczenie stałej gazu jest praca 1 kg gazu w procesie izobarycznym, gdy zmienia swoją temperaturę o 1 K.
Równanie Mayera za 1 kilogram Gazu modlącego ma wygląd
gdzie \u003d 8314 J / (Cololk) jest uniwersalną stałą gazu.
Oprócz równania Mayera, izobaryczna i izochoryczna masowa pojemność cieplna gazów są połączone przez adiaturność K (Tabela 1):
Tabela 1.1.
Wartości wskaźników adiabatycznych dla doskonałych gazów
Gazy atomowe. | |
Gazy somatomiczne | |
Podwójne gazy | |
Trzy - i polyatomiczne gazy |
Cel pracy
Konsolidacja wiedzy teoretycznej na temat podstawowych przepisów termodynamiki. Praktyczny rozwój sposobu określania zdolności cieplnej w oparciu o saldo energii.
Eksperymentalne określenie specyficznej masowej pojemności cieplnej powietrza i porównywanie wyniku uzyskanego w wartości odniesienia.
1.1. Opis instalacji laboratoryjnej
Instalacja (Rys. 1.1) składa się z rury mosiężnej 1 średnica wewnętrzna D \u003d
\u003d 0,022 m, na końcu, którego izolacja elektryczna znajduje się z izolacją termiczną 10. Wewnątrz rury przepływ powietrza porusza się, który jest dostarczany 3. Przepływ powietrza można regulować przez zmianę liczby prędkości wentylatora. W rurze 1 zainstalowana jest rura całkowitego ciśnienia 4 i nadmiaru ciśnienia statycznego 5, które są podłączone do pomieszczeń 6 i 7. Ponadto, termopara 8 jest zainstalowana w rurze 1, która może poruszać się wzdłuż przekroju poprzecznego jednocześnie z rurką pełnej ciśnienia. Wielkość termopary EMF jest określona przez potencjometr 9. Ogrzewanie powietrza poruszającego się wzdłuż rury jest regulowane przy użyciu pojazdu laboratoryjnego 12 przez zmianę mocy grzejnika, który jest określony przez amometer 14 i odczyty woltomierza 13. Temperatura powietrza w Wylot grzejnika określa termometr 15.
1.2. Metodologia eksperymentu.
Strumień termiczny grzejnika, W:
gdzie jestem obecny i; U - napięcie, w; \u003d 0,96; \u003d.
\u003d 0,94 - współczynnik straty termicznej.
Rys ..1. Schemat instalacji eksperymentalnej:
1 - rura; 2 - Zamieszanie; 3 - Wentylator; 4 - rurka do pomiaru ciśnienia dynamicznego;
5 - Dysza; 6, 7 - Dipmanometry; 8 - termopara; 9 - potencjometr; 10 - Izolacja;
11 - nagrzewnica elektryczna; 12 - Laboratorium Autotransformer; 13 - woltomierz;
14 - amperomierz; 15 - Termometr.
Przepływ termiczny, postrzegany przez powietrze, W:
gdzie m jest masowym przepływem powietrza, kg / s; - eksperymentalna, masowa pojemność ciepła, J / (kg · K); - Temperatura powietrza na wylocie witryny grzewczej i przy wejściu do niego ° C
Przepływ powietrza masowego, kg / s:
. (1.10)
Oto średnia prędkość powietrza w rurze, m / s; D - wewnętrzna średnica rury, m; - Gęstość powietrza w temperaturze znajdującej się w zależności od wzoru, kg / m3:
, (1.11)
gdzie \u003d 1,293 kg / m3 - gęstość powietrza w normalnych warunkach fizycznych; B - Ciśnienie, mm. Rt. st; - Nadmiar statycznego ciśnienia powietrza w rurze, mm. fale. Sztuka.
Prędkości powietrza są określane przez dynamiczne ciśnienie w czterech sekcjach izometrycznych, m / s:
gdzie jest dynamiczny ciśnienie, mm. fale. Sztuka. (kgf / m2); G \u003d 9,81 m / s2 - przyspieszenie wolnego spadku.
Średnia prędkość powietrza w przekroju rur, m / s:
Średnia izobaryczna masowa pojemność cieplna jest określana na podstawie wzoru (1,9), do której strumień ciepła jest podstawiony z równania (1,8). Dokładna wartość pojemności powietrza o średniej temperaturze powietrza znajduje się na stole średniej pojemności cieplnej lub wzoru empirycznego, J / (KG⋅K):
. (1.14)
Względny błąd eksperymentu,%:
. (1.15)
1.3. Eksperyment i przetwarzanie
wyniki pomiarów.
Eksperyment przeprowadza się w następnej kolejności.
1. Stojak laboratoryjny włącza się i po ustaleniu trybu stacjonarnego, usunięto następujące odczyty:
Dynamiczne ciśnienie powietrza w czterech punktach izometrycznych sekcji rury;
Nadmiar statycznego ciśnienia powietrza w rurze;
Obecny I, a i napięcie u, w;
Temperatura powietrza przy wejściu, ° C (termopara 8);
Temperatura wylotu, ° C (termometr 15);
Ciśnienie barometryczne B, mm. Rt. Sztuka.
Eksperyment jest powtarzany dla następnego trybu. Wyniki pomiarów są rejestrowane w tabeli 1.2. Obliczenia są wykonywane w tabeli. 1.3.
Tabela 1.2.
Pomiary tabeli.
Nazwa wielkości | |||
Temperatura powietrza przy wejściu, ° C | |||
Temperatura powietrza do wylotu, ° C |
|||
Dynamiczne ciśnienie powietrza, mm. fale. Sztuka. | |||
Nadmierne statyczne ciśnienie powietrza, mm. fale. Sztuka. |
|||
Ciśnienie barometryczne B, mm. Rt. Sztuka. |
|||
Napięcie u, w |
Tabela 1.3.
Obliczenia stołowe
Nazwa ilości |
|
|||
Ciśnienie dynamiczne, n / m2 | ||||
Średnia temperatura zasilania w wlocie, ° C |
Wilgotność powietrza. Pojemność cieplna i entalpia powietrza
Atmosferyczne powietrze jest mieszaniną suchego powietrza i pary wodnej (od 0,2% do 2,6%). Tak więc powietrze może być prawie zawsze oglądane jako mokre.
Nazywana jest mechaniczna mieszanina suchego powietrza z wodą pary mokre powietrze lub mieszanina powietrzna. Maksymalna możliwa zawartość wilgotności pary w powietrzu m str.n. Zależy od temperatury t. i presja P. Mieszaniny. Kiedy się zmienia t. i P. Powietrze może poruszać się z pierwotnie nienasyconego w stanie nasycenia z oparów wodnych, a następnie nadmierna wilgotność zacznie wypadnąć w objętości gazowej i na powierzchniach ogrodzeniowych w postaci mgły, Ina lub śniegu.
Główne parametry charakteryzujące stan mokry powietrza są: temperatura, ciśnienie, objętość specyficzna, zawartość wilgoci, wilgotność bezwzględna i względna, masa cząsteczkowa, stała gazowa, pojemność cieplna i entalpia.
Przez prawo Dalton na mieszaniny gazowe pełne ciśnienie mokrego powietrza (p) Istnieje suma częściowych ciśnień suchego powietrza p i pary wodnej P: p \u003d p c + r.
Podobnie, objętość V i masowa mokre powietrze zostanie określone przez wskaźniki:
V \u003d V C + V P, M \u003d M C + M P.
Gęstość i specyficzna objętość mokrego powietrza (V) Ustalona:
Masa molekularna mokrego powietrza:
gdzie b jest ciśnieniem barometrycznym.
Ponieważ podczas suszenia wilgotność powietrza stale wzrasta, a ilość suchego powietrza w mieszaninie pary powietrznej pozostaje stała, wówczas proces suszenia jest oceniany przez sposób zmiany pary wodnej na 1 kg suchego powietrza, a wszystkie Wskaźniki mieszaniny pary-powietrznej (pojemność cieplna, zawartość wilgoci, entalpia i Dr)) odnoszą się do 1 kg suchego powietrza w mokrym powietrzu.
d \u003d m n / m C, g / kg, lub, x \u003d m p / m c.
Wilgotność bezwzględna- Waga kursu w 1 m 3 Mokre powietrze. Ta wartość jest równa numerycznie.
Wilgotność względna -jest to stosunek bezwzględnej wilgotności nienasyconych powietrza do bezwzględnej wilgotności nasyconego powietrza w ramach danych warunków:
tutaj, ale częściej wilgotność względna jest zadawana jako procent.
W przypadku gęstości powietrza mokrego stosunek jest prawdziwy:
Ciepło właściwe Mokre powietrze:
c \u003d C + C P × D / 1000 \u003d C + C P × X, KJ / (kg × ° C),
gdzie z C jest specyficznym ciepłem suchego powietrza, z C \u003d 1,0;
z P - specyficzną pojemnością pary; z n \u003d 1,8.
Pojemność cieplna suchego powietrza przy stałym ciśnieniu i mała temperatura (do 100 ° C) dla przybliżonych obliczeń można uznać za stałą równą 1,0048 KJ / (kg × ° C). W przypadku przegrzanego pary średnia izobaryczna pojemność cieplna przy ciśnieniu atmosferycznym i niski wykrywanie przegrzania można również wykonywać stałą i równą 1,96 KJ / (kg × K).
Entalpy (I) Mokre powietrze - Jest to jeden z głównych parametrów, który jest szeroko stosowany w obliczeniach roślin suszących, głównie w celu określenia ciepła zużywanego na odparowaniu wilgoci z materiałów suszących. Enhalar Air Entalpia odnosi się do jednego kilograma suchego powietrza w mieszaninie pary pary i określa się jako ilość entalpii suchej powietrza i pary wodnej, która jest
i \u003d i C + I P × X, KJ / KG.
Przy obliczaniu entalpii mieszanin, początkowy punkt entalpium każdego komponentu powinien być taki sam. Do obliczeń mokrych powietrza można założyć, że entalpia wody wynosi zero w 0 ° C, a następnie entalpia suchego powietrza liczy się również z 0 ° C, czyli I \u003d C * t \u003d 1,0048t.
