Тема 2. Смеси газов. Теплоемкость.

Удельной теплоемкостью тела в данном процессе называется отношение теплоты dq, полученное единицей количества вещества при бесконечно малом изменении его состояния, к изменению температуры dt:

Истинной теплоемкостью называют предел отношения

t₁, t₂ - температуры начала и конца процесса.

Cредняя мольная теплоемкость в произвольном диапазоне температур определяется по формуле

где

- cредняя мольная теплоемкость в произвольном диапазоне

- cредняя мольная теплоемкость в интервале температур от 0 до t₂ С, (берется из таблиц), кДж/кмоль град,

- cредняя мольная теплоемкость в интервале температур от 0 до t₁ С, (берется из таблиц), кДж/кмоль град,

t₁, t₂ - температуры начала и конца процесса.

Средняя массовая теплоемкость определяется по формуле

Средняя объемная теплоемкость определяется по формуле

где 22,4 – объем одного моля газа при нормальных физических условиях (р =760 мм рт.ст. и Т =0 ^° С.)

Теплоемкости процессов при p = const и v = const связаны между собой следующими соотношениями:

где _н - плотность при нормальных физических условиях.

Затраты тепла на нагревание или охлаждение рабочих тел определяются из соотношений:

В качестве рабочих тел могут быть использованы смеси, состоящие из нескольких газов.

Уравнение состояния для 1 кг смеси выглядит следующим образом:

где R_см – газовая постоянная смеси, Дж/ кг град;

R_μ – 8314 Дж/ кмоль град – универсальная газовая постоянная;

μ_см – средний молекулярный вес смеси, кг/кмоль.

Для определения R_см и μ_см необходимо знать состав смеси, который может быть задан массовыми, объемными и мольными долями.

Массовой долей называется отношение массы каждого газа к общей массе смеси:

Объемной долей называется отношение парциального (приведенного) объема каждого газа к общему объему смеси газов:

Задание смеси мольными долями равнозначно заданию ее объемными долями.

Если смесь задана массовыми долями, то R_см и μ_см определяют из следующих соотношений:

Парциальные давления отдельных газов, входящих в смесь, определяют из следующих соотношений:

Теплоемкость смеси определяют из следующих соотношений:

μс_см = r₁μ₁с₁+ r₂μ₂ с₂+...+ r_n μ_n с_n, кДж/кмоль град,

где μ₁с₁, μ₂ с₂, μ_n с_n – мольные теплоемкости отдельных газов, входящих в смесь (берут из таблиц теплоемкости);

где с₁, с₂, с_n – массовые теплоемкости отдельных газов, входящих в смесь;

- если смесь задана объемными долями (при нормальных физических условиях), то

с_см^’ = r₁c₁^’ + r₂c₂^’+ …+r_nc_n^’, кДж/ м³ град,

где с₁^’, с₂^’, с_n^’ – объемные теплоемкости отдельных газов, входящих в смесь.

1. Объемные доли компонентов смеси идеальных газов: 25 % СO₂ и 75 % О₂. Давление смеси равно 0,085 МПа, температура 100 ^° С. Найти парциальные давления компонентов, массовые доли компонентов, молярную массу и газовую постоянную смеси, а также плотность смеси при н.у. и условиях, указанных в задаче.

2. Для смеси газов из предыдущей задачи найти: истинные молярную, массовую и объемную (при н.у.) теплоемкости смеси для температуры 500 ^° С при р = const и при v = const; cредние молярную, массовую и объемную теплоемкости смеси для интервала температур 1000…500 ^° С при р = const; количество теплоты, затраченное на нагревание 5 м³ (н.у.) смеси при р = const в том же интервале температур.

3. В закрытом резервуаре объемом 100 л находится воздух при 0 ^° С и давлении 760 мм рт.ст. Определить тепло, затраченное на нагревание этого воздуха до 200 ^° С.

4. Определить средние мольную, объемную и массовую теплоемкости в процессах при постоянном давлении и постоянном объеме в интервале температур от 0 до 1300 ^° С для смеси газов, имеющей следующий объемный состав: CO₂– 8%, CO – 2%, N₂ – 85%, H₂ – 5%.

5. Смесь двух объемов водорода и одного объема кислорода называют гремучим газом. Определить газовую постоянную гремучего газа.

6. Найти количество теплоты, подводимое к кислороду, масса которого 0,2 кг, при постоянном давлении при повышении его температуры от 600 до 2000 ^° С.

7. В баллоне вместимостью 15 л содержится воздух при давлении 0,4 МПа и температуре 30 ^° С. Какова будет температура воздуха в результате подвода к нему 16 кДж теплоты? Удельная изохорная теплоемкость с_v= 717 Дж/кг К.

8. К воздуху в баллоне вместимостью 100 л при давлении р₁ = 0,3 МПа и температуре Т₁ = 15 ^° С подводится теплота в количестве 148,8 кДж. Найти конечные температуру и давление воздуха в баллоне.

9. Азот массой 0,5 кг расширяется по изобаре при давлении 0,3 МПа так, что температура его повышается от 100 до 300° С. Найти конечный объем азота и подведенную теплоту.

10. 2 кг воздуха при начальном абсолютном давлении 10 бар и температуре 600 К расширяются по адиабате до конечного давления 1 бар. Определить конечные объем и температуру.

11. Воздух расширяется в процессе p = 0,5 МПа = const, при этом его объем изменяется от 0,35 до 1,8 м³. Температура в конце расширения равна 1500 ^° С. Определить подведенное количество теплоты.

12.12 кг воздуха при абсолютном давлении в 6 бар и температуре 300 К расширяются при постоянной температуре, при этом объем увеличивается в 4 раза. Определить начальные и конечные параметры воздуха.

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: