السعة الحرارية. أنواعها. العلاقة بين السعات الحرارية. قانون ماير. متوسط درجات الحرارة النوعية والحقيقية. السعة الحرارية لمزيج من الغازات. متوسط السعة الحرارية للغاز في درجة حرارة تتراوح من م 1 إلى م 2 متوسط السعة الحرارية للمادة
هي كمية الحرارة التي يتم توفيرها لـ 1 كجم من مادة ما عند تغير درجة حرارتها من تي 1 ل تي 2 .
1.5.2. السعة الحرارية للغازات
تعتمد السعة الحرارية للغازات على:
نوع العملية الديناميكية الحرارية (متساوي الضغط ، متساوي الضغط ، متساوي الحرارة ، إلخ) ؛
نوع من الغاز ، أي على عدد الذرات في الجزيء ؛
معلمات حالة الغاز (الضغط ، درجة الحرارة ، إلخ).
أ) تأثير نوع العملية الديناميكية الحرارية على السعة الحرارية للغاز
تعتمد كمية الحرارة المطلوبة لتسخين نفس الكمية من الغاز في نفس نطاق درجة الحرارة على نوع العملية الديناميكية الحرارية التي يقوم بها الغاز.
|
|
الخامس عملية متساوية الضغط (ص= const) ، يتم إنفاق الحرارة ليس فقط على تسخين الغاز بنفس المقدار كما في عملية isochoric ، ولكن أيضًا على أداء العمل عند رفع المكبس بمساحة بقيمة (الشكل 1.2) ب). يشار إلى السعة الحرارية للغاز في عملية متساوية الضغط بالرمز مع ص .
نظرًا لأنه ، وفقًا للشرط ، في كلتا العمليتين ، تكون القيمة هي نفسها ، ثم في العملية متساوية الضغط بسبب العمل الذي يقوم به الغاز ، القيمة. لذلك ، في عملية متساوية الضغط ، السعة الحرارية مع ص مع υ .
وفقًا لصيغة Mayer لـ مثالي غاز
أو . (1.6)
ب) تأثير نوع الغاز على سعته الحرارية من المعروف من النظرية الحركية الجزيئية للغاز المثالي أن
أين هو عدد الدرجات الانتقالية والدورانية لحرية حركة جزيئات غاز معين. ثم
، أ 
.
(1.7)
يحتوي الغاز أحادي الذرة على ثلاث درجات انتقالية من حرية حركة الجزيء (الشكل 1.3 أ)، بمعنى آخر. ...
يحتوي الغاز ثنائي الذرة على ثلاث درجات انتقالية من حرية الحركة ودرجتين من حرية الحركة الدورانية للجزيء (الشكل 1.3). ب)، بمعنى آخر. ... وبالمثل ، يمكن إثبات ذلك للغاز ثلاثي الذرات.
وبالتالي ، فإن السعة الحرارية المولية للغازات تعتمد على عدد درجات حرية حركة الجزيئات ، أي على عدد الذرات في الجزيء ، وتعتمد الحرارة النوعية أيضًا على الوزن الجزيئي ، منذ ذلك الحين تعتمد عليه قيمة ثابت الغاز ، والتي تختلف باختلاف الغازات.
ج) تأثير معلمات حالة الغاز على قدرته الحرارية
السعة الحرارية للغاز المثالي تعتمد فقط على درجة الحرارة وتزداد مع الزيادة تي.
الغازات أحادية الذرة استثناء لأن سعتها الحرارية مستقلة عمليا عن درجة الحرارة.
تتيح النظرية الحركية الجزيئية الكلاسيكية للغازات تحديد السعة الحرارية للغازات المثالية أحادية الذرة بدقة في نطاق واسع من درجات الحرارة والسعة الحرارية للعديد من الغازات ثنائية الذرة (وحتى ثلاثية الذرات) في درجات حرارة منخفضة.
ولكن عند درجات حرارة مختلفة اختلافًا كبيرًا عن 0 درجة مئوية ، يتبين أن القيم التجريبية للسعة الحرارية للغازات الثنائية والمتعددة الذرات تختلف اختلافًا كبيرًا عن تلك التي تنبأت بها النظرية الحركية الجزيئية.
في حسابات الهندسة الحرارية ، يستخدمون عادةً القيم التجريبية للسعة الحرارية للغازات ، المقدمة في شكل جداول. في هذه الحالة ، يتم استدعاء السعة الحرارية المحددة في التجربة (عند درجة حرارة معينة) حقيقية السعة الحرارية. وإذا قامت التجربة بقياس كمية الحرارة ف، والتي تم إنفاقها على زيادة كبيرة في درجة حرارة 1 كجم من الغاز من درجة حرارة معينة تي 0 لدرجة الحرارة تي، بمعنى آخر. على تي = تي تي 0 ثم النسبة
مسمى معدل السعة الحرارية للغاز في نطاق درجة حرارة معينة.
عادةً ، في جداول البحث ، يتم إعطاء متوسط السعات الحرارية بالقيمة تي 0 ، المقابلة لصفر درجة مئوية.
السعة الحرارية غاز حقيقي يعتمد ، بالإضافة إلى درجة الحرارة ، أيضًا على الضغط الناتج عن تأثير قوى التفاعل بين الجزيئات.
السعة الحرارية هي خاصية فيزيائية حرارية تحدد قدرة الأجسام على إعطاء أو استقبال الحرارة من أجل تغيير درجة حرارة الجسم. نسبة كمية الحرارة التي يتم توفيرها (أو إزالتها) في هذه العملية إلى التغير في درجة الحرارة تسمى السعة الحرارية للجسم (نظام الأجسام): C = dQ / dT ، حيث تكون الكمية الأولية للحرارة ؛ - تغير درجة الحرارة الأولية.
السعة الحرارية مساوية عدديًا لكمية الحرارة التي يجب توفيرها للنظام بحيث تكون عند شروط معينةزيادة درجة حرارته بمقدار 1 درجة. وحدة السعة الحرارية هي J / K.
اعتمادًا على الوحدة الكمية للجسم التي يتم توفير الحرارة لها في الديناميكا الحرارية ، يميز المرء بين سعة الكتلة والحجم والحرارة المولية.
السعة الحرارية للكتلة هي السعة الحرارية لكل وحدة كتلة من مائع العمل ، c = C / m
وحدة قياس السعة الحرارية للكتلة هي J / (كجم × ك). تسمى السعة الحرارية للكتلة أيضًا السعة الحرارية المحددة.
السعة الحرارية الحجمية هي السعة الحرارية لكل وحدة حجم لسائل العمل ، حيث وحجم وكثافة الجسم في ظل الظروف الفيزيائية العادية. C '= c / V = c p. يتم قياس السعة الحرارية الحجمية بـ J / (م 3 × كلفن).
السعة الحرارية المولية هي السعة الحرارية المتعلقة بكمية السائل العامل (الغاز) في المولات ، C m = C / n ، حيث n هي كمية الغاز في الشامات.
تُقاس السعة الحرارية المولارية بـ J / (مول × كلفن).
السعة الحرارية للكتلة والمول مرتبطة بالعلاقة التالية:
يتم التعبير عن السعة الحرارية الحجمية للغازات من خلال الضرس كـ
حيث م 3 / مول هو الحجم المولي للغاز في الظروف العادية.
معادلة ماير: С р - С v = R.
بالنظر إلى أن السعة الحرارية ليست ثابتة ، ولكنها تعتمد على درجة الحرارة والمعايير الحرارية الأخرى ، يميز بين السعة الحرارية الحقيقية والمتوسطة. على وجه الخصوص ، إذا أراد المرء التأكيد على اعتماد السعة الحرارية لسائل العمل على درجة الحرارة ، فقم بتدوينها على أنها C (t) ، والسمة المحددة على أنها c (t). عادة ، تُفهم السعة الحرارية الحقيقية على أنها نسبة الكمية الأولية للحرارة التي يتم نقلها إلى نظام ديناميكي حراري في بعض العمليات إلى الزيادة اللامتناهية في درجة حرارة هذا النظام بسبب الحرارة المنقولة. سوف نعتبر أن C (t) هي السعة الحرارية الحقيقية للنظام الديناميكي الحراري عند درجة حرارة النظام التي تساوي t 1 ، و c (t) كالسعة الحرارية النوعية الحقيقية لسائل العمل عند درجة حرارته التي تساوي t 2. ثم يمكن تحديد متوسط الحرارة النوعية لمائع العمل عندما تتغير درجة حرارته من t 1 إلى t 2 على النحو
عادة ، تعطي الجداول متوسط قيم السعة الحرارية c av لنطاقات درجات حرارة مختلفة تبدأ بـ t 1 = 0 0 C. لذلك ، في جميع الحالات عندما تحدث العملية الديناميكية الحرارية في نطاق درجة الحرارة من t 1 إلى t 2 ، حيث t 1 ≠ 0 ، يتم تحديد الرقم الحراري المحدد للعملية باستخدام القيم المجدولة لمتوسط السعات الحرارية c av على النحو التالي.
هذه هي كمية الحرارة التي يجب توصيلها إلى النظام لزيادة درجة حرارته بمقدار 1 ( إلى) في حالة عدم وجود عمل مفيد وثبات المعلمات المقابلة.
إذا أخذنا مادة فردية كنظام ، إذن إجمالي السعة الحرارية للنظاميساوي السعة الحرارية لـ 1 مول من مادة () مضروبة في عدد المولات ().
يمكن أن تكون السعة الحرارية محددة أو ضرس.
حرارة نوعيةهي كمية الحرارة المطلوبة لتسخين كتلة وحدة من مادة بمقدار 1 وابل(قيمة مكثفة).
السعة الحرارية الموليةهي كمية الحرارة المطلوبة لتسخين مول واحد من مادة لكل 1 وابل.
يميز بين السعة الحرارية الحقيقية والمتوسطة.
في التكنولوجيا ، عادة ما يتم استخدام مفهوم متوسط السعة الحرارية.
متوسطهي السعة الحرارية لنطاق درجة حرارة معينة.
إذا تم إعلام نظام يحتوي على كمية من مادة أو كتلة بكمية الحرارة ، وزادت درجة حرارة النظام من إلى ، فيمكن حساب متوسط السعة الحرارية المحددة أو المولارية:
السعة الحرارية المولية الحقيقيةهي نسبة كمية الحرارة المتناهية الصغر التي يمنحها مول واحد من مادة ما عند درجة حرارة معينة إلى الزيادة في درجة الحرارة التي يتم ملاحظتها في هذه الحالة.
وفقًا للمعادلة (19) ، فإن السعة الحرارية ، مثل الحرارة ، ليست دالة للحالة. عند الضغط أو الحجم الثابت ، وفقًا للمعادلتين (11) و (12) ، تكتسب الحرارة ، وبالتالي السعة الحرارية ، خصائص وظيفة الحالة ، أي أنها تصبح وظائف مميزة للنظام. وبالتالي ، نحصل على سعة حرارية متساوية الضغط ومتساوية الضغط.
السعة الحرارية المتوازنة- كمية الحرارة التي يجب توصيلها إلى النظام من أجل زيادة درجة الحرارة بمقدار 1 ، إذا حدثت العملية عند.
السعة الحرارية متساوية الضغط- كمية الحرارة التي يجب توصيلها إلى النظام من أجل زيادة درجة الحرارة بمقدار 1 عند.
لا تعتمد السعة الحرارية على درجة الحرارة فحسب ، بل تعتمد أيضًا على حجم النظام ، نظرًا لوجود قوى تفاعل بين الجزيئات ، والتي تتغير عندما تتغير المسافة بينها ، لذلك ، يتم استخدام المشتقات الجزئية في المعادلتين (20) و ( 21).
المحتوى الحراري للغاز المثالي ، مثل طاقته الداخلية ، هو مجرد دالة لدرجة الحرارة:
ووفقًا لمعادلة مندليف - كلابيرون ، إذن
لذلك ، بالنسبة للغاز المثالي في المعادلتين (20) ، (21) ، يمكن استبدال المشتقات الجزئية بفروق كلية:
من الحل المشترك للمعادلتين (23) و (24) ، مع مراعاة (22) ، نحصل على معادلة العلاقة بين الغاز المثالي.
بقسمة المتغيرات في المعادلتين (23) و (24) ، يمكن حساب التغير في الطاقة الداخلية والمحتوى الحراري عند تسخين 1 مول من الغاز المثالي من درجة الحرارة إلى
إذا كان من الممكن اعتبار السعة الحرارية ثابتة في نطاق درجة الحرارة المشار إليه ، فنتيجة التكامل نحصل على:
دعونا نؤسس العلاقة بين السعة الحرارية المتوسطة والحقيقية. يتم التعبير عن التغيير في الانتروبيا ، من ناحية ، بالمعادلة (27) ، من ناحية أخرى ،
معادلة الجوانب اليمنى من المعادلات والتعبير عن متوسط السعة الحرارية ، لدينا:
يمكن الحصول على تعبير مماثل لمتوسط الحرارة النوعية المتساوية.
تزداد السعة الحرارية لمعظم المواد الصلبة والسائلة والغازية مع زيادة درجة الحرارة. يتم التعبير عن اعتماد السعة الحرارية للمواد الصلبة والسائلة والغازية على درجة الحرارة بواسطة معادلة تجريبية للشكل:
أين أ, ب, جو - المعاملات التجريبية المحسوبة على أساس البيانات التجريبية عن ، والمعامل يشير إلى المواد العضوية ، و- إلى غير العضوية. قيم المعامل لـ مواد مختلفةالواردة في الدليل وتنطبق فقط على نطاق درجة الحرارة المحدد.
السعة الحرارية للغاز المثالي مستقلة عن درجة الحرارة. وفقًا لنظرية الحركية الجزيئية ، فإن السعة الحرارية لكل درجة من الحرية تساوي (درجة الحرية هي عدد الأنواع المستقلة للحركة التي يمكن أن تتحلل فيها الحركة المعقدة للجزيء). بالنسبة للجزيء أحادي الذرة ، فإن الحركة الانتقالية هي خاصية مميزة ، والتي يمكن أن تتحلل إلى ثلاثة مكونات وفقًا لثلاثة اتجاهات متعامدة بشكل متبادل على طول ثلاثة محاور. لذلك ، فإن السعة الحرارية المتساوية للغاز المثالي أحادي الذرة هي
ثم يتم تحديد السعة الحرارية متساوية الضغط لغاز مثالي أحادي الذرة وفقًا لـ (25) بواسطة المعادلة
تتمتع الجزيئات ثنائية الذرة للغاز المثالي ، بالإضافة إلى ثلاث درجات من حرية الحركة الانتقالية ، بدرجتين من حرية الحركة الدورانية. بالتالي.
السعة الحرارية هي نسبة كمية الحرارة Q التي تتلقاها مادة ما مع تغيير متناهي الصغر في حالتها في أي عملية إلى التغير في درجة حرارة dT للمادة (الرمز C ، الوحدة J / K):
С (T) = δQ / dT
تسمى السعة الحرارية لوحدة الكتلة (كجم ، جم) المحدد (وحدة J / (كجم كلفن) و J / (جم كلفن)) ، وتسمى السعة الحرارية لـ 1 مول من مادة السعة الحرارية المولارية (الوحدة J / (mol K)).
فرق بين السعة الحرارية الحقيقية.
С = δQ / dT
متوسط السعة الحرارية.
Ĉ = Q / (T 2 - T 1)
السعات الحرارية المتوسطة والحقيقية مرتبطة بالنسب
كمية الحرارة التي يمتصها الجسم عندما تتغير حالته لا تعتمد فقط على الحالة الأولية والنهائية للجسم (على وجه الخصوص ، على درجة الحرارة) ، ولكن أيضًا على شروط الانتقال بين هذه الحالات. وبالتالي ، فإن سعتها الحرارية تعتمد أيضًا على ظروف تدفئة الجسم.
في عملية متساوية الحرارة (T = const):
C T = δQ T / dT = ± ∞
في عملية ثابتة الحرارة (δQ = 0):
C Q = δQ / dT = 0
السعة الحرارية عند حجم ثابت ، إذا تم تنفيذ العملية بحجم ثابت - السعة الحرارية متساوية الصدمات C V.
السعة الحرارية عند ضغط ثابت ، إذا تم تنفيذ العملية بضغط ثابت - السعة الحرارية متساوية الضغط С P.
عند V = const (عملية isochoric):
C V = δQ V / dT = (ϭQ / ϭT) V = (ϭU / ϭT) V
δQ V = dU = C V dT
عند Р = const (عملية متساوية الضغط)٪
C p = δQ p / dT = (Q / ϭT) p = (ϭH / ϭT) ص
السعة الحرارية عند الضغط الثابت C p أكبر من السعة الحرارية عند الحجم الثابت C V. عند تسخينها بضغط ثابت ، يتم استخدام جزء من الحرارة لإنتاج عمل التمدد وجزء لزيادة الطاقة الداخلية للجسم ؛ عند تسخينها بحجم ثابت ، يتم إنفاق كل الحرارة على زيادة الطاقة الداخلية.
العلاقة بين C p و C V لأية أنظمة يمكنها فقط القيام بعمل الامتداد. وفقًا للقانون الأول للديناميكا الحرارية٪
δQ = dU + PdV
الطاقة الداخليةهي دالة للمعلمات الخارجية ودرجة الحرارة.
dU = (ϭU / ϭT) V dT + (ϭU / ϭV) T dV
δQ = (ϭU / ϭT) V dT + [(ϭU / ϭV) T + P] dV
δQ / dT = (ϭU / T) V + [(ϭU / ϭV) T + P] (dV / dT)
قيمة dV / dT (تغير الحجم مع تغير درجة الحرارة) هي نسبة الزيادات في المتغيرات المستقلة ، أي القيمة غير محددة إذا لم تتم الإشارة إلى طبيعة العملية التي يحدث فيها انتقال الحرارة.
إذا كانت العملية متوازنة (V = const) ، فإن dV = 0 ، dV / dT = 0
δQ V / dT = C V = (ϭU / ϭT) V.
إذا كانت العملية متساوية الضغط (P = const).
δQ P / dT = C p = C V + [(ϭU / ϭV) T + P] (dV / dT) P
بالنسبة لأي أنظمة بسيطة ، هذا صحيح:
C p - C v = [(ϭU / ϭV) T + P] (dV / dT) P
تصلب ونقطة غليان المحلول. تنظير البرد والتنظير. تحديد الوزن الجزيئي للمذاب.
درجة حرارة التبلور.
المحلول ، على عكس السائل النقي ، لا يتصلب تمامًا عند درجة حرارة ثابتة ؛ عند درجة حرارة تسمى درجة حرارة بداية التبلور ، تبدأ بلورات المذيب في الترسب ، ومع استمرار التبلور ، تنخفض درجة حرارة المحلول (لذلك ، تُفهم دائمًا نقطة تجمد المحلول على أنها درجة حرارة البداية من التبلور). يمكن أن يتميز تجميد المحاليل بقيمة الانخفاض في نقطة التجمد ΔТ نائب ، والتي تساوي الفرق بين درجة حرارة التجمد لمذيب نقي T ° ودرجة حرارة بداية تبلور المحلول T نائب:
ΔT نائب = نائب T - نائب T
تكون بلورات المذيبات في حالة توازن مع المحلول فقط عندما يكون ضغط البخار المشبع فوق البلورات وفوق المحلول هو نفسه. نظرًا لأن ضغط بخار المذيب فوق المحلول يكون دائمًا أقل من ضغط المذيب النقي ، فإن درجة الحرارة المقابلة لهذه الحالة ستكون دائمًا أقل من نقطة تجمد المذيب النقي. في هذه الحالة ، لا يعتمد الانخفاض في درجة حرارة التجمد لمحلول ΔT على طبيعة المذاب ويتم تحديده فقط من خلال نسبة عدد جزيئات المذيب والمذاب.
خفض درجة تجمد المحاليل المخففة
خفض نقطة تجمد المحلول ΔT يتناسب طرديًا مع التركيز المولي للمحلول:
ΔT النائب = كم
هذه المعادلة تسمى قانون راولت الثاني. يتم تحديد معامل التناسب K - ثابت التجميد للمذيب - حسب طبيعة المذيب.
درجة حرارة الغليان.
دائمًا ما تكون نقطة غليان محاليل مادة غير متطايرة أعلى من نقطة غليان مذيب نقي عند نفس الضغط.
أي سائل - مذيب أو محلول - يغلي عند درجة حرارة يصبح عندها ضغط البخار المشبع مساوياً للضغط الخارجي.
زيادة درجة غليان المحاليل المخففة
تتناسب الزيادة في درجة غليان محاليل المواد غير المتطايرة ΔT k = T k - T ° k مع انخفاض ضغط البخار المشبع ، وبالتالي فهي تتناسب طرديًا مع التركيز المولي للمحلول. معامل التناسب E هو الثابت الإيبوليوسكوبي للمذيب ، والذي لا يعتمد على طبيعة المذاب.
ΔT إلى = Em
قانون راولت الثاني. يتناسب الانخفاض في درجة التجمد وزيادة درجة غليان المحلول المخفف لمادة غير متطايرة بشكل مباشر مع التركيز المولي للمحلول ولا يعتمد على طبيعة المذاب. هذا القانون صالح فقط للحلول المخففة بلا حدود.
التنظير الإلكتروني- طريقة لتحديد الأوزان الجزيئية عن طريق زيادة درجة غليان المحلول. نقطة غليان المحلول هي درجة الحرارة التي يصبح عندها ضغط البخار فوقه مساويًا للضغط الخارجي.
إذا لم يكن المذاب متطايرًا ، فإن البخار الموجود فوق المحلول يتكون من جزيئات مذيب. يبدأ هذا المحلول في الغليان عند درجة حرارة أعلى (T) مقارنة بنقطة غليان مذيب نقي (T0). يسمى الفرق بين نقاط غليان المحلول والمذيب النقي عند ضغط ثابت معين ارتفاع نقطة غليان المحلول. تعتمد هذه القيمة على طبيعة المذيب وتركيز المذاب.
يغلي السائل عندما يكون ضغط البخار المشبع فوقه مساويًا للضغط الخارجي. عند الغليان ، يكون المحلول السائل والبخار في حالة توازن. إذا لم يكن المذاب متطايرًا ، فإن الزيادة في درجة غليان المحلول تخضع للمعادلة:
∆ isp H 1 هو المحتوى الحراري لتبخر المذيب ؛
م 2 هي مولالية المحلول (عدد مولات المذاب لكل 1 كجم من المذيب) ؛
E - ثابت إيبوليوسكوبي ، يساوي الزيادة في درجة غليان محلول أحادي المولي مقارنة بنقطة غليان مذيب نقي. يتم تحديد قيمة E من خلال خصائص المذيب فقط ، ولكن ليس المذاب.
تنظير البرد- طريقة لتحديد الأوزان الجزيئية عن طريق خفض درجة تجمد المحلول. عندما يتم تبريد الحلول ، فإنها تتجمد. نقطة التجمد - درجة الحرارة التي تتكون عندها بلورات المرحلة الصلبة الأولى. إذا كانت هذه البلورات تتكون فقط من جزيئات مذيب ، فإن نقطة تجمد المحلول (T) تكون دائمًا أقل من نقطة تجمد المذيب النقي (T pl). يسمى الفرق بين درجات حرارة التجمد للمذيب والمحلول بخفض درجة تجمد المحلول.
يتم التعبير عن الاعتماد الكمي لخفض نقطة التجمد على تركيز المحلول بالمعادلة التالية:
م 1 - الكتلة الموليةمذيب؛
∆ pl H 1 هو المحتوى الحراري لذوبان المذيب ؛
م 2 - مولالي المحلول ؛
K هو ثابت كريوسكوبي ، اعتمادًا على خصائص المذيب فقط ، يساوي انخفاض درجة تجمد محلول مع مولدة مادة مذابة فيه ، تساوي الوحدة.
اعتماد درجة الحرارة على ضغط البخار المشبع للمذيب.
خفض درجة التجمد وزيادة درجة غليان المحاليل ، لا يعتمد ضغطها الأسموزي على طبيعة المواد الذائبة. تسمى هذه الخصائص التجميعية. تعتمد هذه الخصائص على طبيعة المذيب وتركيز المذاب. كقاعدة عامة ، تظهر الخصائص التجميعية عندما تكون مرحلتان في حالة توازن ، تحتوي إحداهما على مذيب ومذاب ، والأخرى تحتوي على مذيب فقط.
الغرض من العمل
حدد بشكل تجريبي قيم متوسط السعة الحرارية للهواء في نطاق درجة الحرارة من ر 1 ل ر 2 ، تحديد اعتماد السعة الحرارية للهواء على درجة الحرارة.
1. تحديد الطاقة المستهلكة على تسخين الغاز من ر 1
قبل ر 2 .
2. سجل قيم تدفق الهواء في الفاصل الزمني المحدد.
تعليمات تحضير المختبر
1. عمل قسم من دورة "السعة الحرارية" حسب الأدبيات الموصى بها.
2. التعرف على هذا الدليل المنهجي.
3. إعداد البروتوكولات العمل المخبريبما في ذلك المواد النظرية اللازمة المتعلقة بهذا العمل (الصيغ الحسابية ، الرسوم البيانية ، الرسوم البيانية).
مقدمة نظرية
السعة الحرارية- أهم كمية فيزيائية حرارية يتم تضمينها بشكل مباشر أو غير مباشر في جميع حسابات الهندسة الحرارية.
تميز السعة الحرارية الخصائص الفيزيائية الحرارية للمادة وتعتمد على الوزن الجزيئي للغاز μ ، درجة الحرارة ر، الضغط ص، عدد درجات الحرية للجزيء أنا، من العملية التي يتم فيها توفير الحرارة أو إزالتها ع = ثوابت, الخامس =مقدار ثابت... تعتمد السعة الحرارية بشكل كبير على الوزن الجزيئي للغاز μ ... لذلك ، على سبيل المثال ، السعة الحرارية لبعض الغازات و المواد الصلبةيكون
وهكذا ، أقل μ ، كلما قلت كمية المادة الموجودة في كيلو مول واحد وكلما زادت الحاجة إلى توفير مزيد من الحرارة لتغيير درجة حرارة الغاز بمقدار 1 كلفن ، ولهذا السبب يعتبر الهيدروجين مبردًا أكثر كفاءة من الهواء على سبيل المثال.
عدديًا ، يتم تعريف السعة الحرارية على أنها كمية الحرارة التي يجب إحضارها إلى 1 كلغ(أو 1 م 3) ، مادة لتغيير درجة حرارتها بمقدار 1 كلفن.
منذ كمية الحرارة الموردة دقيعتمد على طبيعة العملية ، ثم تعتمد السعة الحرارية أيضًا على طبيعة العملية. نفس النظام في العمليات الديناميكية الحرارية المختلفة له سعات حرارية مختلفة - ج ص, السيرة الذاتية, ج ن... ذات أهمية عملية كبيرة ج صو السيرة الذاتية.
وفقًا للنظرية الحركية الجزيئية للغازات (MKT) لعملية معينة ، تعتمد السعة الحرارية فقط على الوزن الجزيئي. على سبيل المثال ، السعة الحرارية ج صو السيرة الذاتيةيمكن تعريفها على أنها
للهواء ( ك = 1,4; ص = 0,287 كيلوجول/(كلغ· إلى))
كيلو جول / كجم
بالنسبة لغاز مثالي معين ، تعتمد السعة الحرارية على درجة الحرارة فقط ، أي
السعة الحرارية للجسم في هذه العمليةتسمى نسبة الحرارة دقالتي تلقاها الجسم مع تغيير طفيف غير محدود في حالته إلى تغير في درجة حرارة الجسم د
السعة الحرارية الحقيقية والمتوسطة
تُفهم السعة الحرارية الحقيقية لسائل العمل على النحو التالي:
تعبر السعة الحرارية الحقيقية عن قيمة السعة الحرارية لسائل العمل عند نقطة عند المعلمات المحددة.
كمية الحرارة المنقولة. معبراً عنها من حيث السعة الحرارية الحقيقية ، يمكن حسابها بواسطة المعادلة
يميز:
الاعتماد الخطي للسعة الحرارية على درجة الحرارة
أين أ- السعة الحرارية في ر= 0 درجة مئوية ؛
ب = tgα هو المنحدر.
الاعتماد غير الخطي للسعة الحرارية على درجة الحرارة.
على سبيل المثال ، بالنسبة للأكسجين ، يتم تمثيل المعادلة كـ
كيلو جول / (كجم · ك)
تحت متوسط السعة الحرارية مع رفهم نسبة كمية الحرارة في العملية 1-2 إلى التغير المقابل في درجة الحرارة
كيلو جول / (كجم · ك)
يتم حساب متوسط السعة الحرارية على النحو التالي:
أين ر = ر 1 + ر 2 .
حساب الحرارة بالمعادلة
صعب ، لأن الجداول تعطي قيمة السعة الحرارية. لذلك ، فإن السعة الحرارية في النطاق من ر 1 ل ر 2 يجب أن تحددها الصيغة
.
إذا كانت درجة الحرارة ر 1 و ر 2 تجريبيا ، ثم ل م كجمالغاز ، يجب حساب كمية الحرارة المنقولة باستخدام المعادلة
متوسط مع رو معترتبط السعات الحرارية الحقيقية بالمعادلة:
بالنسبة لمعظم الغازات ، ترتفع درجة الحرارة ر، كلما زادت السعة الحرارية ج ت ، ج ص... فيزيائيًا ، هذا يعني أنه كلما زاد تسخين الغاز ، زادت صعوبة تسخينه أكثر.