Лабораторна робота 2 визначення ізобарної теплоємності газів

Ціль роботи - засвоїти методи експериментального визначення й практичного використання теплоємності газів (на прикладі повітря).

2.1 Загальні вказівки

Перед виконанням лабораторної роботи вивчите дійсні методичні вказівки, що відповідають поділи [3,4], підготуйте відповіді на контрольні питання і заготовте бланк звіту.

У теплотехниці при розрахунку кількості теплоти в процесі зміни стана тіла необхідно знати його теплоємність. Теплоємність чисельно дорівнює кількості теплоти, що необхідно повідомити тілу, щоб у даному процесі при даних параметрах змінити його температуру на 1К. У практичних розрахунках використовують питомі значення теплоємності.

У залежності від кількісної одиниці, до котрого її відносять, розрізняють масову С_m (кДж/(кг·К), об'ємну Сv (кДж /(м³·К) і молярну С_μ (кДж /(кмоль·К) питомі теплоємності.

Таким чином, питома теплоємність залежить від кількісної одиниці, до котрої її відносять, природи тіла, характеру процесу зміни стана і параметрів стана тіла. Для газу теплоємність може розглядатися в даному процесі як функція температури і тиску. Теплоємність ідеальних газів не залежить від тиску, для багатьох реальних газів удалині від лінії насичення вона також рахується тільки функцією від температури. Це ставиться до азоту, кисню, повітря й інших газів при умовах, близьких до нормального.

Під щирою теплоємністю розуміють її значення, що відповідає визначеній температурі. Щира питома масова теплоємність - це відношення питомої теплоти при нескінченно малій зміні стану в даному процесі (dq) до зміни температури (d)

(2.1 )

де - відповідно теплоємності в довільному, изобарному і изохорному процесах.

У кінцевому процесі відношення теплоти q до зміни температур ΔТ = Т₂ - Т₁ називають середньою теплоємністю , середню теплоємність в інтервалі температур Т₁ ÷ Т₂ визначають по формулі

, (2.2)

- визначають по таблицях відповідно при температурах Т₂ і Т₁.

Розмір теплоємності залежить від характеру процесу. При термодинамічному аналізі і теплотехнічних розрахунках особливе місце займають ізобарна С_р і изохорна С_V теплоємності. Для ідеальних газів їх значення достатньо для визначення внутрішньої енергії і ентальпії.

Зміна внутрішньої енергії визначається по формулі

ΔU = U₂ - U₁ = С_V ( Т₂ - Т₁). (2.3)

Зміна ентальпії

Δ i = i₂ - i₁ = С_р ( Т₂ - Т₁). (2.4 )

Зв’язок між С_р і С_V установлюється за законом Майєра

С_р = С_V + R,

С_V = С_р - R, (2.5)

С_р - С_V = R,

де R - газова постійна.

Значення С_р і С_V для ідеальних газів визначаються молекулярно-кінетичною теорією , більш точно воно визначається за допомогою спектроскопічних методів, заснованих на застосуванні квантової фізики.