ภายใต้ ความร้อนจำเพาะสารเข้าใจปริมาณความร้อนที่ต้องรายงานหรือลบออกจากหน่วยของสาร (1 กก., 1 ม. 3, 1 โมล) เพื่อเปลี่ยนอุณหภูมิหนึ่งองศา
ขึ้นอยู่กับหน่วยของสารที่กำหนด ความจุความร้อนจำเพาะต่อไปนี้มีความโดดเด่น:
ความจุความร้อนมวล กับอ้างถึงก๊าซ 1 กิโลกรัม J/(kg∙K);
ความจุความร้อนกราม ไมโครซีอ้างถึง 1 กม. ของก๊าซ J/(kmol∙K);
ความจุความร้อนเชิงปริมาตร กับ'อ้างถึง 1 m 3 ของก๊าซ J / (m 3 ∙K)
ความจุความร้อนจำเพาะเชื่อมต่อกันด้วยความสัมพันธ์:
ที่ไหน วู n- ปริมาณก๊าซจำเพาะภายใต้สภาวะปกติ (n.o. ), m 3 /kg; µ - มวลต่อโมลของแก๊ส kg/kmol
ความจุความร้อนของก๊าซในอุดมคติขึ้นอยู่กับธรรมชาติของกระบวนการจ่าย (หรือการกำจัด) ความร้อน ขึ้นอยู่กับอะตอมของก๊าซและอุณหภูมิ (ความจุความร้อนของก๊าซจริงก็ขึ้นอยู่กับความดันด้วย)
ความสัมพันธ์ระหว่างมวล isobaric ซี พีและไอโซโคริก ประวัติย่อความจุความร้อนถูกกำหนดโดยสมการเมเยอร์:
C P - C V = R, (1.2)
ที่ไหน ร-ค่าคงที่ของแก๊ส J/(kg∙K)
เมื่อก๊าซในอุดมคติถูกทำให้ร้อนในภาชนะปิดที่มีปริมาตรคงที่ ความร้อนจะถูกใช้เพื่อเปลี่ยนพลังงานการเคลื่อนที่ของโมเลกุลเท่านั้น และเมื่อให้ความร้อนที่ความดันคงที่อันเนื่องมาจากการขยายตัวของก๊าซ การทำงานจะดำเนินการพร้อมกันกับแรงภายนอก .
สำหรับความจุความร้อนกราม สมการของเมเยอร์มีรูปแบบดังนี้
µС р - µС v = µR, (1.3)
ที่ไหน µR\u003d 8314J / (kmol∙K) - ค่าคงที่แก๊สสากล
ปริมาณก๊าซในอุดมคติ วีนลดลงสู่สภาวะปกติกำหนดจากความสัมพันธ์ต่อไปนี้:
(1.4)
ที่ไหน R n- ความดันภายใต้สภาวะปกติ R n= 101325 Pa = 760 มม. ปรอท; ทีน- อุณหภูมิภายใต้สภาวะปกติ ทีน= 273.15K; พี่เต๋า, วี t, T t– แรงดันใช้งาน ปริมาตร และอุณหภูมิของแก๊ส
แสดงอัตราส่วนของความจุความร้อนไอโซบาริกต่อไอโซโคริก kและโทร เลขชี้กำลังอะเดียแบติก:
(1.5)
จาก (1.2) และคำนึงถึง (1.5) เราได้รับ:
สำหรับการคำนวณที่แม่นยำ ความจุความร้อนเฉลี่ยจะถูกกำหนดโดยสูตร:
(1.7)
ในการคำนวณเชิงความร้อนของอุปกรณ์ต่าง ๆ มักจะกำหนดปริมาณความร้อนที่จำเป็นสำหรับการให้ความร้อนหรือความเย็นของก๊าซ:
Q = ซม∙(t 2 - t 1), (1.8)
Q = C′∙V n∙(t 2 - t 1), (1.9)
ที่ไหน วีนคือปริมาตรของก๊าซที่ nc, m 3 .
Q = µC∙ν∙(t 2 - t 1), (1.10)
ที่ไหน ν คือ ปริมาณแก๊ส kmol
ความจุความร้อน. การใช้ความจุความร้อนเพื่ออธิบายกระบวนการในระบบปิด
ตามสมการ (4.56) ความร้อนสามารถกำหนดได้หากทราบการเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปี S ของระบบ อย่างไรก็ตาม ความจริงที่ว่าเอนโทรปีไม่สามารถวัดได้โดยตรงทำให้เกิดภาวะแทรกซ้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่ออธิบายกระบวนการไอโซโคริกและไอโซบาริก จำเป็นต้องกำหนดปริมาณความร้อนโดยใช้ปริมาณที่วัดได้จากการทดลอง
ความจุความร้อนของระบบสามารถทำหน้าที่เป็นปริมาณดังกล่าว คำจำกัดความทั่วไปที่สุดของความจุความร้อนตามมาจากการแสดงออกของกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ (5.2) (5.3) ขึ้นอยู่กับความจุของระบบ C ที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของรูปแบบ m ถูกกำหนดโดยสมการ
C m = dA m / dP m = P m d e g m / dP m , (5.42)
โดยที่ C m คือความจุของระบบ
P m และ g m เป็นศักย์ทั่วไปและพิกัดของสถานะของแบบฟอร์ม m ตามลำดับ
ค่า C m แสดงจำนวนงานของประเภท m ที่ต้องทำภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด เพื่อที่จะเปลี่ยนศักย์ทั่วไปที่ m ของระบบต่อหน่วยของการวัด
แนวคิดของความจุของระบบที่เกี่ยวกับงานเฉพาะในอุณหพลศาสตร์นั้นใช้กันอย่างแพร่หลายเมื่ออธิบายปฏิสัมพันธ์ทางความร้อนระหว่างระบบกับสิ่งแวดล้อมเท่านั้น
ความจุของระบบที่เกี่ยวกับความร้อนเรียกว่าความจุความร้อนและกำหนดโดยความเท่าเทียมกัน
C \u003d d e Q / dT \u003d Td e S อบอุ่น / dT (5.43)
ดังนั้น, ความจุความร้อนสามารถกำหนดเป็นปริมาณความร้อนที่ต้องส่งให้กับระบบเพื่อเปลี่ยนอุณหภูมิได้หนึ่งเคลวิน
ความจุความร้อน เช่น พลังงานภายในและเอนทาลปี เป็นปริมาณมากตามสัดส่วนกับปริมาณของสสารในทางปฏิบัติ ความจุความร้อนต่อหน่วยมวลของสารถูกใช้ - ความร้อนจำเพาะและความจุความร้อนต่อโมลของสาร ความจุความร้อนกราม. ความจุความร้อนจำเพาะใน SI แสดงเป็น J/(kg·K) และความจุความร้อนโมลาร์แสดงเป็น J/(mol·K)
ความจุความร้อนจำเพาะและโมลาร์สัมพันธ์กันโดยความสัมพันธ์:
C mol \u003d C ตี M, (5.44)
โดยที่ M คือน้ำหนักโมเลกุลของสาร
แยกแยะ ความจุความร้อนจริง (ส่วนต่าง)หาจากสมการ (5.43) และแทนการเพิ่มขึ้นของความร้อนเบื้องต้นโดยมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเพียงเล็กน้อย และ ความจุความร้อนเฉลี่ยซึ่งเป็นอัตราส่วนของปริมาณความร้อนทั้งหมดต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิทั้งหมดในกระบวนการนี้:
ถาม/DT (5.45)
ความสัมพันธ์ระหว่างความจุความร้อนจำเพาะจริงและเฉลี่ยถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์
ที่ความดันหรือปริมาตรคงที่ ความร้อน และความจุความร้อนจึงได้มาซึ่งคุณสมบัติของฟังก์ชันสถานะ กล่าวคือ กลายเป็นลักษณะของระบบ มันคือความจุความร้อน - isobaric C P (ที่ความดันคงที่) และ isochoric C V (ที่ปริมาตรคงที่) ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุณหพลศาสตร์
หากระบบได้รับความร้อนที่ปริมาตรคงที่ ตามนิพจน์ (5.27) ความจุความร้อนไอโซโคริก C V จะถูกเขียนเป็น
ซี วี = 
. (5.48)
หากระบบได้รับความร้อนที่ความดันคงที่ ตามสมการ (5.32) ความจุความร้อนไอโซบาริก C P จะปรากฏเป็น
ซีพี = 
. (5.49)
เพื่อหาความเชื่อมโยงระหว่าง С Р และ С V จำเป็นต้องแยกความแตกต่างของนิพจน์ (5.31) ที่สัมพันธ์กับอุณหภูมิ สำหรับก๊าซอุดมคติหนึ่งโมล นิพจน์นี้โดยพิจารณาสมการ (5.18) สามารถแสดงเป็น
H=U+pV=U+RT. (5.50)
dH/dT = dU/dT + R, (5.51)
และความแตกต่างระหว่างความจุความร้อนไอโซบาริกและไอโซโคริกสำหรับหนึ่งโมลของก๊าซในอุดมคตินั้นมีค่าเท่ากับค่าคงที่แก๊สสากล R:
C P - C V \u003d R. (5.52)
ความจุความร้อนที่ความดันคงที่มักจะมากกว่าความจุความร้อนที่ปริมาตรคงที่ เนื่องจากการให้ความร้อนกับสารที่ความดันคงที่พร้อมกับการขยายตัวของแก๊ส
การใช้นิพจน์สำหรับพลังงานภายในของก๊าซโมโนโทมิกในอุดมคติ (5.21) เราได้ค่าความจุความร้อนสำหรับหนึ่งโมลของก๊าซโมโนในอุดมคติ:
C V \u003d dU / dT \u003d d (3/2 RT) dT \u003d 3/2 R "12.5 J / (mol K); (5.53)
C Р \u003d 3 / 2R + R \u003d 5/2 R \u003e 20.8 J / (mol K) (5.54)
ดังนั้น สำหรับก๊าซอุดมคติเชิงเดี่ยว C V และ C p ไม่ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ เนื่องจากพลังงานความร้อนที่ให้มาทั้งหมดจะถูกใช้ไปกับการเร่งความเร็วของการเคลื่อนที่เชิงแปลเท่านั้น สำหรับโมเลกุล polyatomic พร้อมกับการเปลี่ยนแปลงในการเคลื่อนที่ของการแปล การเปลี่ยนแปลงในการเคลื่อนที่ภายในโมเลกุลแบบหมุนและแบบสั่นสะเทือนสามารถเกิดขึ้นได้เช่นกัน สำหรับโมเลกุลไดอะตอมมิกมักจะคำนึงถึงการเคลื่อนที่แบบหมุนซึ่งเป็นผลมาจากค่าตัวเลขของความจุความร้อนคือ:
C V \u003d 5/2 R "20.8 J / (mol K); (5.55)
C p \u003d 5/2 R + R \u003d 7/2 R \u003e 29.1 J / (mol K) (5.56)
ในการผ่าน เราสัมผัสความจุความร้อนของสารในสถานะรวมอื่น (ยกเว้นสถานะก๊าซ) ในการประมาณค่าความจุความร้อนของสารประกอบเคมีที่เป็นของแข็ง มักใช้กฎการเติมธาตุนอยมันน์และคอปป์โดยประมาณ ซึ่งความจุความร้อนโมลาร์ของสารประกอบเคมีในสถานะของแข็งจะเท่ากับผลรวมของความจุความร้อนปรมาณูของธาตุที่รวมอยู่ใน สารประกอบนี้ ดังนั้นความจุความร้อนของสารประกอบทางเคมีที่ซับซ้อนโดยคำนึงถึงกฎ Dulong และ Petit สามารถประมาณได้ดังนี้:
C V \u003d 25n J / (mol K), (5.57)
โดยที่ n คือจำนวนอะตอมในโมเลกุลของสารประกอบ
ความจุความร้อนของของเหลวและของแข็งใกล้อุณหภูมิหลอมเหลว (ตกผลึก) เกือบเท่ากัน ใกล้จุดเดือดปกติ ของเหลวอินทรีย์ส่วนใหญ่มีความจุความร้อนจำเพาะ 1700 - 2100 J/kg·K ในช่วงเวลาระหว่างอุณหภูมิการเปลี่ยนเฟสเหล่านี้ ความจุความร้อนของของเหลวอาจแตกต่างกันอย่างมาก (ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ) โดยทั่วไป การพึ่งพาความจุความร้อนของของแข็งต่ออุณหภูมิในช่วง 0 - 290K ในกรณีส่วนใหญ่จะแสดงได้ดีด้วยสมการ Debye กึ่งเชิงประจักษ์ (สำหรับผลึกแลตทิซ) ในพื้นที่อุณหภูมิต่ำ
C P » C V = eT 3 , (5.58)
โดยที่ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วน (e) ขึ้นอยู่กับลักษณะของสาร (ค่าคงที่เชิงประจักษ์)
การพึ่งพาความจุความร้อนของก๊าซ ของเหลว และของแข็งต่ออุณหภูมิที่อุณหภูมิปกติและอุณหภูมิสูงมักแสดงโดยใช้สมการเชิงประจักษ์ที่มีรูปแบบอนุกรมกำลัง
C P \u003d a + bT + cT 2 (5.59)
C P \u003d a + bT + c "T -2, (5.60)
โดยที่ a, b, c และ c" เป็นค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงประจักษ์
กลับไปที่คำอธิบายของกระบวนการในระบบปิดโดยใช้วิธีความจุความร้อน ให้เราเขียนสมการบางส่วนที่ให้ไว้ในส่วนที่ 5.1 ในรูปแบบที่แตกต่างกันเล็กน้อย
กระบวนการไอโซคอริก. แสดงพลังงานภายใน (5.27) ในแง่ของความจุความร้อน เราได้รับ
dU V \u003d dQ V \u003d U 2 - U 1 \u003d C V dT \u003d C V dT (5.61)
เนื่องจากความจุความร้อนของก๊าซในอุดมคติไม่ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ สมการ (5.61) สามารถเขียนได้ดังนี้
DU V \u003d Q V \u003d U 2 - U 1 \u003d C V DT (5.62)
ในการคำนวณค่าอินทิกรัล (5.61) สำหรับก๊าซโมโนโทมิกและโพลิอะโทมิกของจริง จำเป็นต้องทราบรูปแบบเฉพาะของการพึ่งพาฟังก์ชัน C V = f(T) ของประเภท (5.59) หรือ (5.60)
กระบวนการไอโซบาริกสำหรับสถานะก๊าซของสสาร กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ (5.29) สำหรับกระบวนการนี้ โดยคำนึงถึงงานขยายตัว (5.35) และใช้วิธีความจุความร้อน เขียนได้ดังนี้
Q P \u003d C V DT + RDT \u003d C P DT \u003d DH (5.63)
Q P \u003d DH P \u003d H 2 - H 1 \u003d C P dT (5.64)
หากระบบเป็นก๊าซในอุดมคติและความจุความร้อน C P ไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ ความสัมพันธ์ (5.64) จะกลายเป็น (5.63) ในการแก้สมการ (5.64) ซึ่งอธิบายก๊าซจริง จำเป็นต้องทราบรูปแบบเฉพาะของการพึ่งพาอาศัยกัน C p = f(T)
กระบวนการไอโซเทอร์มอลการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของก๊าซอุดมคติในกระบวนการที่อุณหภูมิคงที่
dU T = C V dT = 0. (5.65)
กระบวนการอะเดียแบติกเนื่องจาก dU \u003d C V dT ดังนั้นสำหรับก๊าซอุดมคติหนึ่งโมล การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในและงานที่ทำจะเท่ากันตามลำดับ:
DU = C V dT = C V (T 2 - T 1); (5.66)
และขน \u003d -DU \u003d C V (T 1 - T 2) (5.67)
การวิเคราะห์สมการที่อธิบายลักษณะกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ต่างๆ ภายใต้เงื่อนไขต่อไปนี้ 1) p = const; 2) V = const; 3) T = const และ 4) dQ = 0 แสดงว่าสามารถแทนด้วยสมการทั่วไปได้ดังนี้
pV n = ค่าคงที่ (5.68)
ในสมการนี้ เลขชี้กำลัง "n" สามารถใช้ค่าตั้งแต่ 0 ถึง ¥ สำหรับกระบวนการต่างๆ:
1. ไอโซบาริก (n = 0);
2. ไอโซเทอร์มอล (n = 1);
3. isochoric (n = ¥);
4. อะเดียแบติก (n = g; โดยที่ g = C Р /C V คือสัมประสิทธิ์อะเดียแบติก)
ความสัมพันธ์ที่ได้รับนั้นใช้ได้สำหรับก๊าซในอุดมคติและเป็นผลมาจากสมการสถานะ และกระบวนการที่พิจารณานั้นมีความเฉพาะเจาะจงและจำกัดการแสดงออกของกระบวนการจริง ตามกฎแล้วกระบวนการจริงอยู่ในระดับกลางดำเนินการตามค่า "n" โดยพลการและเรียกว่ากระบวนการโพลีทรอปิก
หากเราเปรียบเทียบงานการขยายตัวของก๊าซในอุดมคติที่ผลิตในกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ที่พิจารณาแล้วกับการเปลี่ยนแปลงปริมาตรจาก V 1 เป็น V 2 ดังจะเห็นได้จากรูปที่ 5.2 การขยายตัวที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในกระบวนการไอโซบาริก กระบวนการไอโซบาริกที่เล็กที่สุด - ในอุณหภูมิความร้อนคงที่และแม้แต่น้อย - ในอะเดียแบติก สำหรับกระบวนการ isochoric งานเป็นศูนย์
ข้าว. 5.2. P = f (V) - การพึ่งพากระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ต่างๆ (พื้นที่แรเงาแสดงลักษณะการทำงานของการขยายตัวในกระบวนการที่เกี่ยวข้อง)
แล็บ #1
ความหมายของมวล isobaric
ความจุความร้อนของอากาศ
ความจุความร้อนคือความร้อนที่ต้องจ่ายให้กับหน่วยปริมาณของสารเพื่อให้ความร้อน 1 K ปริมาณหน่วยของสารสามารถวัดได้เป็นกิโลกรัม ลูกบาศก์เมตร ภายใต้สภาวะทางกายภาพปกติและกิโลโมล ก๊าซหนึ่งกิโลโมลคือมวลของก๊าซมีหน่วยเป็นกิโลกรัม ซึ่งมีค่าเท่ากับน้ำหนักโมเลกุลของมัน ความจุความร้อนมีสามประเภท: มวล c, J/(kg⋅K); ปริมาตร c', J/(m3⋅K) และโมลาร์, J/(kmol⋅K). เนื่องจากก๊าซ 1 กิโลโมลมีมวล μ คูณมากกว่า 1 กิโลกรัม จึงไม่แนะนำให้ใช้การกำหนดความจุความร้อนของโมลาร์แยกกัน ความสัมพันธ์ระหว่างความจุความร้อน:
โดยที่ = 22.4 m3/kmol คือปริมาตรของก๊าซในอุดมคติหนึ่งกิโลโมลภายใต้สภาวะทางกายภาพปกติ คือ ความหนาแน่นของก๊าซภายใต้สภาวะปกติ กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร
ความจุความร้อนที่แท้จริงของก๊าซคืออนุพันธ์ของความร้อนเทียบกับอุณหภูมิ:
ความร้อนที่จ่ายให้กับก๊าซขึ้นอยู่กับกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ สามารถกำหนดได้จากกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์สำหรับกระบวนการไอโซโคริกและไอโซบาริก:
นี่คือความร้อนที่จ่ายให้กับก๊าซ 1 กิโลกรัมในกระบวนการไอโซบาริก คือการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของก๊าซ เป็นงานของก๊าซกับกองกำลังภายนอก
โดยพื้นฐานแล้ว สูตร (4) กำหนดกฎข้อที่ 1 ของอุณหพลศาสตร์ ซึ่งสมการเมเยอร์มีดังนี้:
ถ้าเราใส่ = 1 K นั่นคือความหมายทางกายภาพของค่าคงที่ก๊าซคือการทำงานของก๊าซ 1 กิโลกรัมในกระบวนการไอโซบาริกเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง 1 K
สมการของเมเยอร์ต่อก๊าซ 1 กิโลโมล คือ
โดยที่ = 8314 J/(kmol⋅K) คือค่าคงที่แก๊สสากล
นอกจากสมการ Mayer แล้ว ความจุความร้อนมวลไอโซบาริกและไอโซโคริกของก๊าซยังเชื่อมโยงถึงกันผ่านดัชนีอะเดียแบติก k (ตารางที่ 1):
ตาราง 1.1
ค่าของเลขชี้กำลังอะเดียแบติกสำหรับก๊าซในอุดมคติ
อะตอมมิกของก๊าซ | |
ก๊าซโมโนโทมิก | |
ก๊าซไดอะตอมมิก | |
ก๊าซไตร- และโพลิอะตอมมิก |
เป้าหมายของการทำงาน
การรวมความรู้เชิงทฤษฎีเกี่ยวกับกฎพื้นฐานของอุณหพลศาสตร์ การพัฒนาวิธีการในการกำหนดความจุความร้อนของอากาศในทางปฏิบัติโดยพิจารณาจากความสมดุลของพลังงาน
การทดลองหาความจุความร้อนมวลจำเพาะของอากาศและการเปรียบเทียบผลลัพธ์ที่ได้กับค่าอ้างอิง
1.1. คำอธิบายของการตั้งค่าห้องปฏิบัติการ
การติดตั้ง (รูปที่ 1.1) ประกอบด้วยท่อทองเหลือง 1 ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางด้านใน d =
= 0.022 ม. ที่ส่วนท้ายมีฮีตเตอร์ไฟฟ้าพร้อมฉนวนกันความร้อน 10. การไหลของอากาศภายในท่อที่จ่ายไป 3. สามารถควบคุมการไหลของอากาศได้โดยการเปลี่ยนความเร็วพัดลม ในท่อ 1 มีการติดตั้งท่อแรงดันเต็มที่ 4 และแรงดันสถิตส่วนเกิน 5 ซึ่งเชื่อมต่อกับเกจวัดแรงดัน 6 และ 7 นอกจากนี้ เทอร์โมคัปเปิล 8 ยังติดตั้งอยู่ในท่อ 1 ซึ่งสามารถเคลื่อนที่ไปตามหน้าตัดได้พร้อมกันด้วย ท่อแรงดันเต็ม ค่า EMF ของเทอร์โมคัปเปิลถูกกำหนดโดยโพเทนชิออมิเตอร์ 9 ความร้อนของอากาศที่เคลื่อนที่ผ่านท่อถูกควบคุมโดยใช้เครื่องเปลี่ยนรูปแบบอัตโนมัติในห้องปฏิบัติการ 12 โดยการเปลี่ยนกำลังฮีตเตอร์ซึ่งกำหนดโดยการอ่านค่าแอมมิเตอร์ 14 และโวลต์มิเตอร์ 13 อากาศ อุณหภูมิที่ทางออกของเครื่องทำความร้อนถูกกำหนดโดยเทอร์โมมิเตอร์ 15
1.2. เทคนิคการทดลอง
การไหลของความร้อนของเครื่องทำความร้อน W:
ที่ฉันเป็นปัจจุบัน A; U – แรงดัน V; = 0.96; =
= 0.94 - ค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสียความร้อน
รูปที่ 1.1 แบบแผนของการตั้งค่าการทดลอง:
1 - ท่อ; 2 - ตัวสับสน; 3 – พัดลม; 4 - ท่อสำหรับวัดแรงดันไดนามิก
5 - ท่อสาขา; 6, 7 – เกจวัดความดันแตกต่าง; 8 - เทอร์โมคัปเปิล; 9 - โพเทนชิออมิเตอร์; 10 - ฉนวน;
11 - เครื่องทำความร้อนไฟฟ้า; 12 – หม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติในห้องปฏิบัติการ; 13 - โวลต์มิเตอร์;
14 - แอมมิเตอร์; 15 - เทอร์โมมิเตอร์
ฟลักซ์ความร้อนที่รับรู้ทางอากาศ W:
โดยที่ m คือมวลการไหลของอากาศ kg/s; – ความจุความร้อนมวลไอโซบาริกในการทดลอง, J/(kg K); – อุณหภูมิอากาศที่ทางออกจากส่วนทำความร้อนและที่ทางเข้า° C
การไหลของมวลอากาศ kg/s:
. (1.10)
นี่คือความเร็วลมเฉลี่ยในท่อ m/s; d คือเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อ m; - ความหนาแน่นของอากาศที่อุณหภูมิ ซึ่งหาได้จากสูตร kg/m3:
, (1.11)
โดยที่ = 1.293 กก./ลบ.ม. คือความหนาแน่นของอากาศภายใต้สภาวะทางกายภาพปกติ B – ความดัน มม. rt. เซนต์; - แรงดันอากาศสถิตย์ส่วนเกินในท่อ มม. น้ำ. ศิลปะ.
ความเร็วลมกำหนดโดยหัวพลวัตในสี่ส่วนเท่า ๆ กัน m/s:
หัวไดนามิกอยู่ที่ไหนมม. น้ำ. ศิลปะ. (กก./ตร.ม.); g = 9.81 m/s2 คือความเร่งในการตกอย่างอิสระ
ความเร็วลมเฉลี่ยในส่วนของท่อ m/s:
ความจุความร้อนมวลไอโซบาริกเฉลี่ยของอากาศกำหนดจากสูตร (1.9) ซึ่งฟลักซ์ความร้อนจะถูกแทนที่ด้วยสมการ (1.8) ค่าที่แน่นอนของความจุความร้อนของอากาศที่อุณหภูมิอากาศเฉลี่ยจะพบได้ตามตารางความจุความร้อนเฉลี่ยหรือตามสูตรเชิงประจักษ์ J / (kg⋅K):
. (1.14)
ข้อผิดพลาดสัมพัทธ์ของการทดลอง %:
. (1.15)
1.3. ดำเนินการทดลองและประมวลผล
ผลการวัด
การทดลองดำเนินการในลำดับต่อไปนี้
1. เปิดขาตั้งห้องปฏิบัติการและหลังจากสร้างโหมดอยู่กับที่แล้ว การอ่านค่าต่อไปนี้จะถูกดำเนินการ:
แรงดันอากาศแบบไดนามิกที่สี่จุดของส่วนเท่า ๆ กันของท่อ
แรงดันอากาศสถิตย์มากเกินไปในท่อ
ปัจจุบัน I, A และแรงดันไฟฟ้า U, V;
อุณหภูมิอากาศเข้า, °С (เทอร์โมคัปเปิล 8);
อุณหภูมิขาออก, °С (เทอร์โมมิเตอร์ 15);
ความดันบรรยากาศ B, มม. rt. ศิลปะ.
การทดสอบซ้ำสำหรับโหมดถัดไป ผลการวัดถูกป้อนในตารางที่ 1.2 การคำนวณจะดำเนินการในตาราง 1.3.
ตาราง 1.2
ตารางการวัดค่า
ชื่อค่า | |||
อุณหภูมิอากาศเข้า °C | |||
อุณหภูมิอากาศออก, °C |
|||
ความกดอากาศแบบไดนามิก มม. น้ำ. ศิลปะ. | |||
ความกดอากาศสถิตย์มากเกินไป มม. น้ำ. ศิลปะ. |
|||
ความดันบรรยากาศ B, มม. rt. ศิลปะ. |
|||
แรงดันไฟฟ้า U, V |
ตาราง 1.3
ตารางการคำนวณ
ชื่อของปริมาณ |
|
|||
หัวไดนามิก N/m2 | ||||
อุณหภูมิการไหลเข้าเฉลี่ย, °C |
สหพันธรัฐรัสเซีย พิธีสารของมาตรฐานรัฐของสหภาพโซเวียต
GSSSD 8-79 อากาศของเหลวและก๊าซ ความหนาแน่น เอนทาลปี เอนโทรปี และความจุความร้อนไอโซบาริกที่อุณหภูมิ 70-1500 K และความดัน 0.1-100 MPa
ตั้งค่าบุ๊คมาร์ค
ตั้งค่าบุ๊คมาร์ค
บริการข้อมูลอ้างอิงมาตรฐานของรัฐ
ตารางข้อมูลอ้างอิงมาตรฐาน
AIR LIQUID และ GAS ความหนาแน่น เอนทัลปี เอนโทรปี และความจุความร้อน ISOBARIC ที่อุณหภูมิ 70-1500 K และความดัน 0.1-100 MPa
ตารางข้อมูลอ้างอิงมาตรฐาน
อากาศของเหลวและก๊าซ ความจุความหนาแน่น เอนทาลปี เอนโทรปี และไอโซบาริกที่อุณหภูมิตั้งแต่ 70 ถึง 1500 K และความดันตั้งแต่ 0.1 ถึง 100 MPa
พัฒนาโดยสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์ All-Union แห่งบริการมาตรวิทยา, สถาบันวิศวกรทางทะเลโอเดสซา, สถาบันพลังงานเลนินแห่งมอสโก
แนะนำสำหรับการอนุมัติโดยคณะกรรมการแห่งชาติของสหภาพโซเวียตในการรวบรวมและประเมินข้อมูลตัวเลขในสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของรัฐสภาของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียต All-Union Research Center of the State Service for Standard Reference Data
ได้รับการอนุมัติโดยคณะกรรมการผู้เชี่ยวชาญ GSSSD ประกอบด้วย:
แคนดี้ เทคโนโลยี วิทยาศาสตร์ N.E. Gnezdilova, Dr. tech Sciences I.F. Golubeva ดร. แห่งเคมี Sciences L.V. Gurvich, วิศวกรรมศาสตรดุษฎีบัณฑิต Sciences V.A. Rabinovich, วิศวกรรมศาสตรดุษฎีบัณฑิต คณะวิทยาศาสตร์ อ.ส.ท
เตรียมพร้อมสำหรับการอนุมัติโดย All-Union Research Center ของบริการของรัฐสำหรับข้อมูลอ้างอิงมาตรฐาน
การใช้ข้อมูลอ้างอิงมาตรฐานเป็นสิ่งจำเป็นในทุกภาคส่วนของเศรษฐกิจของประเทศ
ตารางเหล่านี้มีค่าการปฏิบัติที่สำคัญที่สุดสำหรับความหนาแน่น เอนทัลปี เอนโทรปี และความจุความร้อนไอโซบาริกของอากาศของเหลวและก๊าซ
ตารางจะขึ้นอยู่กับหลักการดังต่อไปนี้:
1. สมการสถานะ ซึ่งแสดงข้อมูลการทดลองที่เชื่อถือได้เกี่ยวกับการพึ่งพา , , -การพึ่งพาอาศัยกันที่มีความแม่นยำสูง สามารถให้การคำนวณคุณสมบัติแคลอรี่และอะคูสติกที่เชื่อถือได้จากความสัมพันธ์ทางอุณหพลศาสตร์ที่ทราบ
2. การหาค่าเฉลี่ยสัมประสิทธิ์ของสมการสถานะจำนวนมากซึ่งเทียบเท่ากันในแง่ของความแม่นยำในการอธิบายข้อมูลเบื้องต้น ทำให้ได้สมการที่สะท้อนถึงพื้นผิวทางอุณหพลศาสตร์ทั้งหมด (สำหรับชุดข้อมูลการทดลองที่เลือกระหว่าง สมการประเภทที่ยอมรับ) ค่าเฉลี่ยดังกล่าวทำให้สามารถประมาณค่าความผิดพลาดแบบสุ่มที่เป็นไปได้ในค่าที่คำนวณได้ของปริมาณความร้อน แคลอรี่ และอะคูสติก โดยไม่คำนึงถึงอิทธิพลของข้อผิดพลาดที่เป็นระบบของการทดลอง , , -ข้อมูล และข้อผิดพลาดอันเนื่องมาจากการเลือก รูปแบบของสมการของรัฐ
สมการสถานะเฉลี่ยของอากาศของเหลวและก๊าซมีรูปแบบ
ที่ไหน ; ; .
สมการนี้ขึ้นอยู่กับค่าความหนาแน่นของการทดลองที่น่าเชื่อถือที่สุดที่ได้รับในผลงานและครอบคลุมช่วงอุณหภูมิ 65-873 K และความดัน 0.01-228 MPa ข้อมูลการทดลองอธิบายโดยสมการที่มีค่าคลาดเคลื่อนกำลังสองเฉลี่ย 0.11% ค่าสัมประสิทธิ์ของสมการถัวเฉลี่ยของสถานะได้มาจากการประมวลผลระบบสมการ 53 สมการที่มีความแม่นยำเทียบเท่ากับการอธิบายข้อมูลการทดลอง ในการคำนวณค่าคงที่ของก๊าซและพารามิเตอร์ที่สำคัญต่อไปนี้ถูกนำมาใช้: 287.1 J/(kg K); 132.5 เค; 0.00316 ม./กก.
ค่าสัมประสิทธิ์ของสมการสถานะอากาศเฉลี่ย:
ความจุความร้อนเอนทัลปี เอนโทรปี และไอโซบาริกถูกกำหนดโดยสูตร
โดยที่ , คือความจุความร้อนเอนทาลปี เอนโทรปี และไอโซโคริกในสถานะก๊าซในอุดมคติ ค่านิยมและกำหนดจากความสัมพันธ์
ที่ไหน และ - เอนทาลปีและเอนโทรปีที่อุณหภูมิ; - ความร้อนระเหิดที่ 0 K; - ค่าคงที่ (ในงานนี้ 0)
ค่าความร้อนของการระเหิดของอากาศคำนวณจากข้อมูลความร้อนของการระเหิดของส่วนประกอบและเท่ากับ 253.4 kJ/kg Ar โดยปริมาตร) ค่าเอนทาลปีและเอนโทรปีที่อุณหภูมิ 100 K ซึ่งเป็นจุดอ้างอิงเสริมเมื่อรวมสมการของ คือ 3.48115 kJ/kg และ 20.0824 kJ/(kg K) ตามลำดับ
ความจุความร้อนไอโซบาริกในสถานะก๊าซในอุดมคตินั้นยืมมาจากงานและประมาณโดยพหุนาม
ข้อผิดพลาด root-mean-square ของการประมาณข้อมูลเริ่มต้นในช่วงอุณหภูมิ 50-2000 K คือ 0.009% ค่าสูงสุดประมาณ 0.02%
ข้อผิดพลาดแบบสุ่มของค่าที่คำนวณได้คำนวณด้วยความน่าจะเป็นที่มั่นใจ 0.997 โดยสูตร
ค่าเฉลี่ยของฟังก์ชันเทอร์โมไดนามิกอยู่ที่ไหน - ค่าของฟังก์ชันเดียวกัน ได้จากสมการที่ th จากระบบที่มีสมการ
ตารางที่ 1-4 แสดงค่าของฟังก์ชันทางอุณหพลศาสตร์ของอากาศ และตารางที่ 5-8 แสดงข้อผิดพลาดแบบสุ่มที่เกี่ยวข้อง ค่าความผิดพลาดในตารางที่ 5-8 ถูกนำเสนอสำหรับส่วนหนึ่งของ isobars และค่าสำหรับ isobars ระดับกลางสามารถรับได้อย่างแม่นยำที่ยอมรับได้โดยการประมาณค่าเชิงเส้น ข้อผิดพลาดแบบสุ่มในค่าที่คำนวณได้สะท้อนถึงการกระจายตัวหลังที่สัมพันธ์กับสมการเฉลี่ยของรัฐ สำหรับความหนาแน่น จะน้อยกว่าความคลาดเคลื่อนราก-หมายถึง-กำลังสองของคำอธิบายอาร์เรย์เริ่มต้นของข้อมูลการทดลองอย่างมาก ซึ่งทำหน้าที่เป็นค่าประมาณเชิงบูรณาการและรวมถึงค่าเบี่ยงเบนขนาดใหญ่สำหรับข้อมูลบางส่วนที่มีลักษณะกระจัดกระจาย
ตารางที่ 1
ความหนาแน่นของอากาศ
ความต่อเนื่อง
กก./ม., ที่ , MPa, |
|||||||||||
ตารางที่ 2
เอนทาลปีของอากาศ
ความต่อเนื่อง
KJ/กก. ที่ , MPa, |
|||||||||||
ตารางที่ 3
เอนโทรปีของอากาศ
ความต่อเนื่อง
KJ/(กก., K), ที่ , MPa, |
|||||||||||
ตารางที่ 4
ความจุความร้อนไอโซบาริกของอากาศ
________________
* ข้อความในเอกสารตรงกับต้นฉบับ - หมายเหตุของผู้ผลิตฐานข้อมูล
ความต่อเนื่อง
KJ/(กก., K), ที่ , MPa, |
|||||||||||
ตารางที่ 5. ข้อผิดพลาดแบบสุ่มรูท-ค่าเฉลี่ย-กำลังสองของค่าความหนาแน่นที่คำนวณได้
, %, ที่ , MPa |
|||||||||||||
ตารางที่ 6. ข้อผิดพลาดแบบสุ่มของรูท-ค่าเฉลี่ย-กำลังสองของค่าเอนทาลปีที่คำนวณได้
KJ/kg, at , MPa |
||||||||||||||||
ในการใช้รูปแบบไวเรียล สมการของรัฐในตารางไม่ได้อ้างว่าเป็นการอธิบายคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ที่แม่นยำในบริเวณใกล้จุดวิกฤต (126–139 K, 190–440 กก./ม.)
ข้อมูลเกี่ยวกับการศึกษาทดลองคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของอากาศ วิธีการรวบรวมสมการสถานะและตารางการคำนวณ ความสอดคล้องของค่าที่คำนวณได้กับข้อมูลการทดลอง ตลอดจนตารางรายละเอียดเพิ่มเติมที่มีข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับความจุความร้อนไอโซโคริก ความเร็วเสียง ความร้อนของการระเหย ผลของโช้ก อนุพันธ์บางประการ และคุณสมบัติเกี่ยวกับกราฟการเดือดและการควบแน่นแสดงไว้ใน
บรรณานุกรม
1. Hlborn L., Schultre H. die Druckwage และ die Isothermen von Luft, Argon und Helium Zwischen 0 und 200 °C - แอน สรีรวิทยา 1915 ม., Bd 47, N 16, S.1089-1111.
2. Michels A. , Wassenaar T. , Van Seventer W. Isotherms ของอากาศระหว่าง 0 °C ถึง 75 °C และที่ความดันสูงถึง 2200 atm -Appl วิทย์ Res., 1953, ฉบับที่. 4 ฉบับที่ 1 หน้า 52-56
3. ไอโซเทอร์มการอัดของอากาศที่อุณหภูมิระหว่าง -25 °C ถึง -155 °C และที่ความหนาแน่นสูงถึง 560 Amagats (ความดันสูงถึง 1,000 บรรยากาศ) / Michels A.. Wassenaar T. , Levelt J.M. , De Graaff W. - Appl . วิทย์ Res., 1954, ฉบับที่. A 4, N 5-6, หน้า 381-392
4. การศึกษาทดลองปริมาตรอากาศจำเพาะ / Vukalovich M.P. , Zubarev V.N. , Aleksandrov A.A. , Kozlov A.D. - วิศวกรรมพลังงานความร้อน, 1968, N 1, หน้า 70-73.
5. Romberg H. Neue Messungen der thermischen ler Luft bei tiefen Temperaturen and die Berechnung der kalorischen mit Hilfe des Kihara-ศักยภาพ - VDl-Vorschungsheft, 1971, - N 543, S.1-35.
6. Blance W. Messung der thermischen von Luft im Zweiphasengebiet und Seiner Umgebung วิทยานิพนธ์จาก Erlangung des Grades eines Doctor-Ingenieurs/. บอม., 2516.
7. การวัดความหนาแน่นของอากาศที่อุณหภูมิ 78-190 K ถึงความดัน 600 bar / Vasserman A.A. , Golovsky E.A. , Mitsevich E.P. , Tsymarny V.A. , M. , 1975. (Dep. ใน VINITI 28.07 .76 N 2953-76 ).
8. H. Landolt, R. Zahlenwerte und Funktionen aus Physik, Chemie, ดาราศาสตร์, ธรณีฟิสิกส์และเทคนิค เบอร์ลิน, สปริงเกอร์ แวร์ลาก, 2504, Bd.2.
9. ตารางคุณสมบัติทางความร้อนของก๊าซ วอชิงตั้น, ผู้ว่าราชการ. พิมพ์, ปิด., พ.ศ. 2498, XI. (กระทรวงพาณิชย์ของสหรัฐอเมริกา NBS. Girc. 564)
10. คุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของอากาศ / Sychev V.V. , Wasserman A.A. , Kozlov A.D. และอื่นๆ ม. สำนักพิมพ์มาตรฐาน 2521
พลังงานขนส่ง (ขนส่งเย็น) ความชื้นในอากาศ ความจุความร้อนและเอนทาลปีของอากาศความชื้นในอากาศ ความจุความร้อนและเอนทาลปีของอากาศ
อากาศในบรรยากาศเป็นส่วนผสมของอากาศแห้งและไอน้ำ (จาก 0.2% ถึง 2.6%) ดังนั้นอากาศจึงถือได้ว่ามีความชื้นเกือบตลอดเวลา
ส่วนผสมทางกลของอากาศแห้งและไอน้ำเรียกว่า อากาศชื้นหรือส่วนผสมของอากาศ/ไอน้ำ ปริมาณความชื้นที่เป็นไอในอากาศสูงสุดที่เป็นไปได้ ม.ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ tและความกดดัน พีสารผสม เมื่อมันเปลี่ยนไป tและ พีอากาศสามารถเปลี่ยนจากสภาวะไม่อิ่มตัวในขั้นต้นไปสู่สภาวะอิ่มตัวด้วยไอน้ำ และจากนั้นความชื้นส่วนเกินจะเริ่มไหลออกมาในปริมาณก๊าซและบนพื้นผิวที่ล้อมรอบในรูปของหมอก น้ำค้างแข็ง หรือหิมะ
พารามิเตอร์หลักที่บ่งบอกถึงสถานะของอากาศชื้น ได้แก่ อุณหภูมิ ความดัน ปริมาตรจำเพาะ ปริมาณความชื้น ความชื้นสัมบูรณ์และความชื้นสัมพัทธ์ น้ำหนักโมเลกุล ค่าคงที่ของแก๊ส ความจุความร้อน และเอนทัลปี
ตามกฎของดาลตันสำหรับส่วนผสมของก๊าซ ความดันรวมของอากาศเปียก (P)คือผลรวมของความดันบางส่วนของอากาศแห้ง P c และไอน้ำ P p: P \u003d P c + P p
ในทำนองเดียวกัน ปริมาตร V และมวล m ของอากาศชื้นจะถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์:
V \u003d V c + V p, m \u003d m c + m p
ความหนาแน่นและ ปริมาตรจำเพาะของอากาศชื้น (v)กำหนด:
น้ำหนักโมเลกุลของอากาศชื้น:
โดยที่ B คือความกดอากาศ
เนื่องจากความชื้นในอากาศเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในระหว่างกระบวนการทำให้แห้ง และปริมาณของอากาศแห้งในส่วนผสมของไอน้ำและอากาศยังคงที่ กระบวนการทำให้แห้งจะพิจารณาจากการเปลี่ยนแปลงของปริมาณไอน้ำต่ออากาศแห้ง 1 กิโลกรัม และตัวชี้วัดทั้งหมด ส่วนผสมของไอน้ำและอากาศ (ความจุความร้อน ปริมาณความชื้น เอนทาลปี และอื่นๆ) หมายถึงอากาศแห้ง 1 กิโลกรัมในอากาศชื้น
d \u003d m p / m c, g / kg หรือ X \u003d m p / m c
ความชื้นสัมบูรณ์ในอากาศ- มวลไอน้ำในอากาศชื้น 1 ม. 3 ค่านี้มีค่าเท่ากับตัวเลข
ความชื้นสัมพัทธ์ -คืออัตราส่วนของความชื้นสัมบูรณ์ของอากาศที่ไม่อิ่มตัวต่อความชื้นสัมบูรณ์ของอากาศอิ่มตัวภายใต้สภาวะที่กำหนด:
ที่นี่ แต่บ่อยครั้งที่ความชื้นสัมพัทธ์ถูกกำหนดเป็นเปอร์เซ็นต์
สำหรับความหนาแน่นของอากาศชื้น ความสัมพันธ์นั้นเป็นจริง:
ความร้อนจำเพาะอากาศชื้น:
c \u003d c c + c p ×d / 1000 \u003d c c + c p ×X, kJ / (กก × ° C),
โดยที่ c c คือความจุความร้อนจำเพาะของอากาศแห้ง c c = 1.0;
c p - ความจุความร้อนจำเพาะของไอน้ำ ด้วย n = 1.8
ความจุความร้อนของอากาศแห้งที่ความดันคงที่และช่วงอุณหภูมิขนาดเล็ก (สูงถึง 100 ° C) สำหรับการคำนวณโดยประมาณนั้นถือว่าคงที่ เท่ากับ 1.0048 kJ / (kg × ° C) สำหรับไอน้ำร้อนยวดยิ่ง ความจุความร้อนไอโซบาริกเฉลี่ยที่ความดันบรรยากาศและระดับความร้อนสูงยิ่งยวดต่ำสามารถสันนิษฐานได้ว่าเป็นค่าคงที่และเท่ากับ 1.96 kJ/(kg×K)
เอนทัลปี (i) ของอากาศชื้น- นี่เป็นหนึ่งในพารามิเตอร์หลักที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการคำนวณการติดตั้งการอบแห้งโดยส่วนใหญ่จะกำหนดความร้อนที่ใช้ในการระเหยความชื้นจากวัสดุที่แห้ง เอนทาลปีของอากาศชื้นเกี่ยวข้องกับอากาศแห้งหนึ่งกิโลกรัมในส่วนผสมของไอ-อากาศ และถูกกำหนดเป็นผลรวมของเอนทาลปีของอากาศแห้งและไอน้ำ นั่นคือ
ฉัน \u003d ฉัน c + ฉัน p × X, kJ / kg
เมื่อคำนวณเอนทาลปีของสารผสม จุดเริ่มต้นของการอ้างอิงสำหรับเอนทาลปีของส่วนประกอบแต่ละส่วนจะต้องเหมือนกัน สำหรับการคำนวณอากาศชื้นสามารถสันนิษฐานได้ว่าเอนทาลปีของน้ำเป็นศูนย์ที่ 0 o C จากนั้นเอนทาลปีของอากาศแห้งจะถูกนับจาก 0 o C นั่นคือ i ใน \u003d c ใน * t \u003d 1.0048 ที