Теплоемкость. Газовые смеси

 

При расчетах тепловых устройств очень важным моментом является определение количества теплоты, участвующего в процессах. Точное его определение обеспечивает правильную оценку работы аппарата с технической и экономической точки зрения.

Сообщение телу теплоты вызывает изменение его состояния и в общем случае сопровождается изменением температуры. Было замечено, что для нагрева до одной и той же температуры двух различных тел одинаковой массы и в одинаковых условиях требуется различное количество теплоты. Следовательно, существует какое-то свойство тела, определяющее изменение его температуры в процессе подвода или отвода теплоты. Это свойство называют теплоемкостью тела. Таким образом, теплоемкость тела – это величина, характеризующая способность тела изменять свою температуру с подводом или отводом теплоты. Она равна количеству теплоты, которое надо подвести к телу, чтобы изменить его температуру на 1 К:

, Дж / К,

в дифференциальной форме, т. е. при подводе элементарного количества тепла:

. (1)

 

Теплоемкость тела в общем случае не является характеристикой вещества (материала), из которого тело состоит. Она, в частности, будет зависеть от размеров тела. В зависимости от того, в каких единицах измеряется количество вещества – в килограммах, кубометрах, киломолях, различают:

 

- массовую (удельную) теплоемкость:

 

,

 

т.е. теплоемкость одного килограмма вещества;

 

- объемную теплоемкость:

 

,

 

т.е. теплоемкость одного кубометра вещества;

 

- мольную теплоемкость:

 

,

 

т.е. теплоемкость одного киломоля вещества.

 

Очевидная связь между этими величинами имеет вид:

 

.

 

Например, массовую теплоемкость через объемную можно определить следующим образом:

 

.

 

Однако и эти величины еще не являются характеристиками вещества. Процесс нагревания или охлаждения может происходить в различных условиях: р =const, V = const, T = const, а также многих других. Значения теплоемкостей одного и того же вещества в разных процессах также будут различными. В частности, в соответствии с (1) теплоемкость в процессе при постоянной температуре оказывается бесконечно большой. В связи с этим теплоемкость называют функцией процесса.

Чтобы теплоемкость являлась физической характеристикой того или иного вещества, ее измерение необходимо проводить в одних и тех же условиях. Обычно экспериментальные измерения теплоемкостей проводят при р=const, V=const и определяют соответственно изобарную с_р и изохорную с_v теплоемкости. Разность между этими теплоемкостями для идеального газа, в соответствии с известной из физики формулой Майера, равна:

 

,

 

а отношение теплоемкостей

называется показателем адиабаты. Из молекулярно-кинетической теории идеальных газов известны численные значения показателя адиабаты, они зависят от числа атомов в молекуле газа:

 

- одноатомный газ k = 1,67;

- двухатомный газ k = 1,4;

- трех- и многоатомный газ k = 1,33.