ความจุความร้อน. ประเภทของเธอ ความสัมพันธ์ระหว่างความจุความร้อน กฎของเมเยอร์ ความร้อนจำเพาะเฉลี่ยและจริง ความจุความร้อนของส่วนผสมของก๊าซ ความจุความร้อนเฉลี่ยของก๊าซในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ m1 ถึง m2 ความจุความร้อนเฉลี่ยของสาร
คือปริมาณความร้อนที่จ่ายให้กับสาร 1 กิโลกรัมเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนจาก NS 1 ถึง NS 2 .
1.5.2. ความจุความร้อนของก๊าซ
ความจุความร้อนของก๊าซขึ้นอยู่กับ:
ประเภทของกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ (isochoric, isobaric, isothermal ฯลฯ );
ชนิดของก๊าซคือ เกี่ยวกับจำนวนอะตอมในโมเลกุล
พารามิเตอร์สถานะก๊าซ (ความดัน อุณหภูมิ ฯลฯ)
ก) อิทธิพลของกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ต่อความจุความร้อนของแก๊ส
ปริมาณความร้อนที่ต้องการเพื่อให้ความร้อนกับก๊าซในปริมาณเท่ากันในช่วงอุณหภูมิเดียวกันนั้นขึ้นอยู่กับประเภทของกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ที่ดำเนินการโดยแก๊ส
|
|
วี กระบวนการไอโซบาริก (NS= const) ความร้อนไม่เพียงแต่ใช้ไปในการให้ความร้อนแก่แก๊สในปริมาณเดียวกับในกระบวนการไอโซโคริก แต่ยังรวมถึงการทำงานเมื่อลูกสูบถูกยกขึ้นด้วยพื้นที่ตามค่า (รูปที่ 1.2) NS). ความจุความร้อนของก๊าซในกระบวนการไอโซบาริกแสดงด้วยสัญลักษณ์ กับ NS .
เนื่องจากตามเงื่อนไข ในทั้งสองกระบวนการ ค่าจะเท่ากัน จากนั้นในกระบวนการไอโซบาริกเนื่องจากงานที่ทำโดยแก๊ส ค่า ดังนั้น ในกระบวนการไอโซบาริก ความจุความร้อน กับ NS กับ υ .
ตามสูตรของเมเยอร์สำหรับ ในอุดมคติ แก๊ส
หรือ . (1.6)
ข) อิทธิพลของชนิดของก๊าซต่อความจุความร้อน ทราบจากทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุลของก๊าซในอุดมคติว่า
โดยที่จำนวนองศาการแปลและการหมุนของอิสระในการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของก๊าซที่กำหนด แล้ว
, NS 
.
(1.7)
ก๊าซโมโนอะตอมมีระดับอิสระในการเคลื่อนที่ของโมเลกุลสามระดับ (รูปที่ 1.3 NS), เช่น. ...
ก๊าซไดอะตอมมิกมีระดับอิสระในการเคลื่อนที่สามระดับและอิสระในการเคลื่อนที่แบบหมุนสององศาของโมเลกุล (รูปที่ 1.3 NS), เช่น. ... ในทำนองเดียวกันก็สามารถแสดงให้เห็นได้ว่าสำหรับก๊าซไตรอะตอม
ดังนั้นความจุความร้อนโมลาร์ของก๊าซจึงขึ้นอยู่กับจำนวนองศาอิสระในการเคลื่อนที่ของโมเลกุล กล่าวคือ กับจำนวนอะตอมในโมเลกุล และความร้อนจำเพาะก็ขึ้นอยู่กับน้ำหนักโมเลกุลด้วย เนื่องจาก ค่าคงที่ของแก๊สขึ้นอยู่กับค่านั้นซึ่งแตกต่างกันไปตามก๊าซที่ต่างกัน
C) อิทธิพลของพารามิเตอร์สถานะก๊าซต่อความจุความร้อน
ความจุความร้อนของก๊าซในอุดมคติขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเท่านั้นและจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้น NS.
ก๊าซโมโนมิกเป็นข้อยกเว้นเพราะ ความจุความร้อนแทบไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ
ทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุลแบบคลาสสิกของก๊าซทำให้สามารถระบุความจุความร้อนของก๊าซอุดมคติเชิงเดี่ยวได้อย่างแม่นยำในช่วงอุณหภูมิกว้างและความจุความร้อนของก๊าซไดอะตอมมิกจำนวนมาก (และแม้กระทั่งไตรอะตอม) ที่อุณหภูมิต่ำ
แต่ที่อุณหภูมิแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญจาก 0 ° C ค่าการทดลองของความจุความร้อนของก๊าซได- และโพลิอะตอมมิกกลับแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากค่าที่ทำนายโดยทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล
ในการคำนวณทางวิศวกรรมความร้อน พวกเขามักจะใช้ค่าทดลองของความจุความร้อนของก๊าซ นำเสนอในรูปของตาราง ในกรณีนี้ ความจุความร้อนที่กำหนดในการทดลอง (ที่อุณหภูมิที่กำหนด) เรียกว่า จริง ความจุความร้อน. และถ้าการทดลองวัดปริมาณความร้อน NSซึ่งใช้ไปกับการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในอุณหภูมิ 1 กิโลกรัมของก๊าซจากอุณหภูมิที่แน่นอน NS 0 ถึงอุณหภูมิ NS, เช่น. บน NS = NS NS 0 แล้วอัตราส่วน
เรียกว่า กลาง ความจุความร้อนของก๊าซในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด
โดยปกติ ในตารางค้นหา ความจุความร้อนเฉลี่ยจะได้รับตามค่า NS 0 สอดคล้องกับศูนย์องศาเซลเซียส
ความจุความร้อน ก๊าซจริง นอกจากอุณหภูมิแล้ว ยังขึ้นอยู่กับความดันเนื่องจากอิทธิพลของแรงของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลด้วย
ความจุความร้อนเป็นคุณลักษณะทางอุณหพลศาสตร์ที่กำหนดความสามารถของร่างกายในการให้หรือรับความร้อนเพื่อเปลี่ยนอุณหภูมิของร่างกาย อัตราส่วนของปริมาณความร้อนที่จ่าย (หรือเอาออก) ในกระบวนการนี้ต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเรียกว่าความจุความร้อนของร่างกาย (ระบบของร่างกาย): C = dQ / dT โดยที่ปริมาณความร้อนเบื้องต้นอยู่ที่ไหน - การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเบื้องต้น
ความจุความร้อนเป็นตัวเลขเท่ากับปริมาณความร้อนที่ต้องจ่ายให้กับระบบเพื่อให้ที่ เงื่อนไขที่กำหนดเพิ่มอุณหภูมิขึ้น 1 องศา หน่วยความจุความร้อนคือ J / K
ขึ้นอยู่กับหน่วยเชิงปริมาณของร่างกายที่จะให้ความร้อนในอุณหพลศาสตร์ หนึ่งแยกความแตกต่างระหว่างความจุของมวล ปริมาตร และความร้อนกราม
ความจุความร้อนมวลคือความจุความร้อนต่อหน่วยมวลของของไหลทำงาน c = C / m
หน่วยวัดความจุความร้อนมวลคือ J / (กก. × K) ความจุความร้อนมวลเรียกอีกอย่างว่าความจุความร้อนจำเพาะ
ความจุความร้อนเชิงปริมาตร คือ ความจุความร้อนต่อหน่วยปริมาตรของของไหลทำงาน โดยที่ คือ ปริมาตรและความหนาแน่นของร่างกายที่ปกติ สภาพร่างกาย... C '= c / V = c p. ความจุความร้อนเชิงปริมาตรมีหน่วยวัดเป็น J / (m 3 × K)
ความจุความร้อนโมลาร์คือความจุความร้อนที่เกี่ยวข้องกับปริมาณของของไหลทำงาน (ก๊าซ) ในหน่วยโมล C m = C / n โดยที่ n คือปริมาณของก๊าซในโมล
ความจุความร้อนของโมลาร์มีหน่วยวัดเป็น J / (โมล × K)
ความจุความร้อนมวลและโมลาร์สัมพันธ์กันโดยความสัมพันธ์ต่อไปนี้:
ความจุความร้อนเชิงปริมาตรของก๊าซแสดงผ่านโมลาร์เป็น
โดยที่ m 3 / mol คือปริมาตรโมลาร์ของก๊าซภายใต้สภาวะปกติ
สมการของเมเยอร์: С р - С v = R.
พิจารณาว่าความจุความร้อนไม่คงที่ แต่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและพารามิเตอร์ทางความร้อนอื่น ๆ แยกความแตกต่างระหว่างความจุความร้อนจริงและเฉลี่ย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หากต้องการเน้นการพึ่งพาความจุความร้อนของของไหลในการทำงานกับอุณหภูมิ ให้เขียนเป็น C (t) และระบุเป็น c (t) โดยปกติ ความจุความร้อนที่แท้จริงจะเข้าใจว่าเป็นอัตราส่วนของปริมาณความร้อนเบื้องต้นที่ส่งให้กับระบบอุณหพลศาสตร์ในกระบวนการใดๆ ต่อการเพิ่มอุณหภูมิของระบบนี้เพียงเล็กน้อยที่เกิดจากความร้อนที่ส่ง เราจะพิจารณา C (t) เป็นความจุความร้อนที่แท้จริงของระบบเทอร์โมไดนามิกที่อุณหภูมิของระบบเท่ากับ t 1 และ c (t) เป็นความจุความร้อนจำเพาะที่แท้จริงของของไหลทำงานที่อุณหภูมิเท่ากับ t 2 จากนั้นความร้อนจำเพาะเฉลี่ยของของไหลทำงานเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนจาก t 1 เป็น t 2 สามารถหาได้เป็น
โดยปกติ ตารางจะให้ค่าเฉลี่ยของความจุความร้อน c av สำหรับช่วงอุณหภูมิต่างๆ โดยเริ่มจาก t 1 = 0 0 C ดังนั้น ในทุกกรณีเมื่อกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์เกิดขึ้นในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ t 1 ถึง t 2 โดยที่ t 1 ≠ 0 จำนวนความร้อนจำเพาะ q ของกระบวนการถูกกำหนดโดยใช้ค่าตารางของความจุความร้อนเฉลี่ย c av ดังนี้
นี่คือปริมาณความร้อนที่ต้องสื่อสารกับระบบเพื่อเพิ่มอุณหภูมิขึ้น 1 ( ถึง) ในกรณีที่ไม่มีงานที่เป็นประโยชน์และความคงตัวของพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้อง
หากเราเอาสารเฉพาะตัวเป็นระบบแล้ว ความจุความร้อนรวมของระบบเท่ากับความจุความร้อน 1 โมลของสาร () คูณด้วยจำนวนโมล ()
ความจุความร้อนอาจเป็นแบบจำเพาะหรือแบบโมลาร์ก็ได้
ความร้อนจำเพาะคือ ปริมาณความร้อนที่ทำให้มวลหน่วยของสารร้อนขึ้น 1 ลูกเห็บ(ค่าแรง).
ความจุความร้อนกรามคือ ปริมาณความร้อนที่ต้องการให้ความร้อนแก่สารหนึ่งโมลต่อ 1 ลูกเห็บ.
แยกแยะระหว่างความจุความร้อนจริงและความจุความร้อนเฉลี่ย
ในเทคโนโลยีมักใช้แนวคิดของความจุความร้อนเฉลี่ย
เฉลี่ยคือความจุความร้อนสำหรับช่วงอุณหภูมิที่กำหนด
หากระบบที่มีปริมาณของสารหรือมวลได้รับแจ้งจากปริมาณความร้อน และอุณหภูมิของระบบเพิ่มขึ้นจากเป็น เป็น จะสามารถคำนวณความจุความร้อนจำเพาะหรือความจุความร้อนโมลาร์ได้:
ความจุความร้อนของฟันกรามที่แท้จริงคืออัตราส่วนของความร้อนจำนวนเล็กน้อยที่ส่งโดยสาร 1 โมลที่อุณหภูมิหนึ่งต่อการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่สังเกตได้ในกรณีนี้
ตามสมการ (19) ความจุความร้อนเช่นความร้อนไม่ใช่หน้าที่ของสถานะ ที่ความดันคงที่หรือปริมาตร ตามสมการ (11) และ (12) ความร้อน และด้วยเหตุนี้ ความจุความร้อนจึงได้มาซึ่งคุณสมบัติของฟังก์ชันของรัฐ กล่าวคือ พวกมันจะกลายเป็นฟังก์ชันเฉพาะของระบบ ดังนั้นเราจึงได้รับความจุความร้อนแบบไอโซโคริกและไอโซบาริก
ความจุความร้อนไอโซคอริก- ปริมาณความร้อนที่ต้องสื่อสารกับระบบเพื่อเพิ่มอุณหภูมิขึ้น 1 ถ้าเกิดกระบวนการที่
ความจุความร้อนไอโซบาริก- ปริมาณความร้อนที่ต้องสื่อสารกับระบบเพื่อเพิ่มอุณหภูมิขึ้น 1 ที่
ความจุความร้อนไม่เพียงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเท่านั้น แต่ยังขึ้นกับปริมาตรของระบบด้วย เนื่องจากมีแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาค ซึ่งจะเปลี่ยนไปเมื่อระยะห่างระหว่างพวกมันเปลี่ยนไป ดังนั้นอนุพันธ์บางส่วนจึงถูกใช้ในสมการ (20) และ ( 21).
เอนทาลปีของก๊าซอุดมคติ เช่นเดียวกับพลังงานภายใน เป็นเพียงฟังก์ชันของอุณหภูมิเท่านั้น:
และตามสมการ Mendeleev-Clapeyron แล้ว
ดังนั้น สำหรับก๊าซอุดมคติในสมการ (20), (21) อนุพันธ์ย่อยสามารถแทนที่ด้วยอนุพันธ์ทั้งหมดได้:
จากการแก้ปัญหาร่วมกันของสมการ (23) และ (24) โดยคำนึงถึง (22) เราได้สมการความสัมพันธ์ระหว่างและสำหรับก๊าซในอุดมคติ
โดยการหารตัวแปรในสมการ (23) และ (24) เป็นไปได้ที่จะคำนวณการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในและเอนทาลปีเมื่อ 1 โมลของก๊าซในอุดมคติถูกทำให้ร้อนจากอุณหภูมิเป็น
หากในช่วงอุณหภูมิที่ระบุ ความจุความร้อนถือได้ว่าเป็นค่าคงที่ ดังนั้นจากการรวมเข้าด้วยกัน เราจะได้:
มาสร้างความสัมพันธ์ระหว่างความจุความร้อนเฉลี่ยและความจุความร้อนจริงกัน ด้านหนึ่งการเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีแสดงโดยสมการ (27) อีกด้านหนึ่ง
เท่ากับด้านขวาของสมการและแสดงความจุความร้อนเฉลี่ย เรามี:
สามารถหานิพจน์ที่คล้ายกันได้สำหรับความร้อนจำเพาะไอโซโคริกเฉลี่ย
ความจุความร้อนของสารที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซส่วนใหญ่จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น การพึ่งพาความจุความร้อนของสารที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซกับอุณหภูมินั้นแสดงโดยสมการเชิงประจักษ์ของรูปแบบ:
ที่ไหน NS, NS, คและ - สัมประสิทธิ์เชิงประจักษ์คำนวณบนพื้นฐานของข้อมูลการทดลองและสัมประสิทธิ์หมายถึงสารอินทรีย์และ - ถึงอนินทรีย์ ค่าสัมประสิทธิ์สำหรับ สารต่างๆระบุไว้ในคู่มือและใช้ได้กับช่วงอุณหภูมิที่กำหนดเท่านั้น
ความจุความร้อนของก๊าซในอุดมคตินั้นไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ ตามทฤษฎีจลนพลศาสตร์ของโมเลกุล ความจุความร้อนต่อระดับความเป็นอิสระเท่ากับ (ระดับความเป็นอิสระคือจำนวนของประเภทการเคลื่อนที่อิสระซึ่งการเคลื่อนที่เชิงซ้อนของโมเลกุลสามารถย่อยสลายได้) สำหรับโมเลกุล monatomic การเคลื่อนที่แบบแปลนจะเป็นลักษณะเฉพาะ ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นสามองค์ประกอบตามทิศทางตั้งฉากกันสามทิศทางตามแกนสามแกน ดังนั้น ความจุความร้อนไอโซโคริกของก๊าซอุดมคติเชิงเดี่ยวเท่ากับ
จากนั้นความจุความร้อนไอโซบาริกของก๊าซอุดมคติเชิงเดี่ยวตาม (25) ถูกกำหนดโดยสมการ
โมเลกุลไดอะตอมมิกของก๊าซในอุดมคติ นอกจากอิสระในการเคลื่อนที่เชิงแปลแล้ว 3 องศาแล้ว ยังมีอิสระในการเคลื่อนที่แบบหมุน 2 องศาอีกด้วย เพราะฉะนั้น.
ความจุความร้อนคืออัตราส่วนของปริมาณความร้อน δQ ที่ได้รับจากสารที่มีการเปลี่ยนแปลงสถานะเล็กน้อยในกระบวนการใดๆ ต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ dT ของสาร (สัญลักษณ์ C หน่วย J / K):
С (T) = δQ / dT
ความจุความร้อนของหน่วยมวล (kg, g) เรียกว่าจำเพาะ (หน่วย J / (kg K) และ J / (g K)) และความจุความร้อน 1 โมลของสารเรียกว่าความจุความร้อนโมล (หน่วย J / (โมล K)).
แยกความแตกต่างระหว่างความจุความร้อนที่แท้จริง
С = δQ / dT
ความจุความร้อนเฉลี่ย
Ĉ = Q / (T 2 - T 1)
ความจุความร้อนเฉลี่ยและความจุจริงสัมพันธ์กันโดยอัตราส่วน
ปริมาณความร้อนที่ร่างกายดูดซึมเมื่อสถานะเปลี่ยนแปลงนั้นไม่เพียงขึ้นอยู่กับสถานะเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายของร่างกาย (โดยเฉพาะกับอุณหภูมิ) แต่ยังขึ้นกับเงื่อนไขสำหรับการเปลี่ยนแปลงระหว่างสถานะเหล่านี้ด้วย ดังนั้นความจุความร้อนก็ขึ้นอยู่กับสภาวะความร้อนของร่างกายด้วย
ในกระบวนการไอโซเทอร์มอล (T = const):
CT = δQ T / dT = ± ∞
ในกระบวนการอะเดียแบติก (δQ = 0):
C Q = δQ / dT = 0
ความจุความร้อนที่ปริมาตรคงที่ หากดำเนินการที่ปริมาตรคงที่ - ความจุความร้อน isochoric C V
ความจุความร้อนที่ความดันคงที่ หากดำเนินการที่ความดันคงที่ - ความจุความร้อนไอโซบาริก С P
ที่ V = const (กระบวนการ isochoric):
C V = δQ V / dT = (ϭQ / ϭT) V = (ϭU / ϭT) V
δQ V = dU = C V dT
ที่ Р = const (กระบวนการไอโซบาริก)%
C p = δQ p / dT = (ϭQ / ϭT) p = (ϭH / ϭT) p
ความจุความร้อนที่ความดันคงที่ C p มากกว่าความจุความร้อนที่ปริมาตรคงที่ C V เมื่อให้ความร้อนที่ความดันคงที่ ความร้อนส่วนหนึ่งจะใช้ในการผลิตการขยายตัว และส่วนหนึ่งเพื่อเพิ่มพลังงานภายในร่างกาย เมื่อให้ความร้อนที่ปริมาตรคงที่ ความร้อนทั้งหมดจะถูกใช้ไปกับการเพิ่มพลังงานภายใน
ความสัมพันธ์ระหว่าง C p และ C V สำหรับระบบใดๆ ที่ทำได้เฉพาะส่วนต่อขยายเท่านั้น ตามกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์%
δQ = dU + PdV
กำลังภายในเป็นฟังก์ชันของพารามิเตอร์ภายนอกและอุณหภูมิ
dU = (ϭU / ϭT) V dT + (ϭU / ϭV) T dV
δQ = (ϭU / ϭT) V dT + [(ϭU / ϭV) T + P] dV
δQ / dT = (ϭU / ϭT) V + [(ϭU / ϭV) T + P] (dV / dT)
ค่า dV / dT (ปริมาตรเปลี่ยนแปลงตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ) คืออัตราส่วนของการเพิ่มตัวแปรอิสระ กล่าวคือ ค่านี้จะไม่ได้กำหนดไว้หากไม่มีการระบุลักษณะของกระบวนการที่มีการถ่ายเทความร้อน
หากกระบวนการเป็นแบบ isochoric (V = const) ดังนั้น dV = 0, dV / dT = 0
δQ V / dT = C V = (ϭU / ϭT) V
หากกระบวนการเป็นแบบไอโซบาริก (P = const)
δQ P / dT = C p = C V + [(ϭU / ϭV) T + P] (dV / dT) P
สำหรับระบบธรรมดา ๆ จะเป็นจริง:
C p - C v = [(ϭU / ϭV) T + P] (dV / dT) P
การแข็งตัวและจุดเดือดของสารละลาย Cryoscopy และ ebulioscopy การหาน้ำหนักโมเลกุลของตัวถูกละลาย
อุณหภูมิการตกผลึก
สารละลายไม่แข็งตัวอย่างสมบูรณ์ที่อุณหภูมิคงที่ ไม่เหมือนกับของเหลวบริสุทธิ์ ที่อุณหภูมิที่เรียกว่าอุณหภูมิของการตกผลึก ผลึกของตัวทำละลายเริ่มตกตะกอน และในขณะที่การตกผลึกดำเนินไป อุณหภูมิของสารละลายจะลดลง (ดังนั้น จุดเยือกแข็งของสารละลายจึงมักเข้าใจว่าเป็นอุณหภูมิของการเริ่มต้น ของการตกผลึก) การแช่แข็งของสารละลายสามารถระบุได้ด้วยค่าของการลดลงของจุดเยือกแข็ง ΔТ รอง เท่ากับความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิการแช่แข็งของตัวทำละลายบริสุทธิ์ T ° รองและอุณหภูมิของการตกผลึกของสารละลาย T รอง:
ΔT รอง = T °รอง - T รอง
ผลึกของตัวทำละลายจะอยู่ในสมดุลกับสารละลายเมื่อความดันไออิ่มตัวเหนือผลึกและเหนือสารละลายเท่ากันเท่านั้น เนื่องจากความดันไอของตัวทำละลายที่อยู่เหนือสารละลายนั้นต่ำกว่าตัวทำละลายบริสุทธิ์เสมอ อุณหภูมิที่สอดคล้องกับสภาวะนี้จะต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของตัวทำละลายบริสุทธิ์เสมอ ในกรณีนี้ การลดลงของอุณหภูมิเยือกแข็งของสารละลาย ΔT รองผู้อำนวยการไม่ได้ขึ้นอยู่กับลักษณะของตัวถูกละลาย และถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของจำนวนอนุภาคของตัวทำละลายและตัวถูกละลายเท่านั้น
ลดจุดเยือกแข็งของสารละลายเจือจาง
การลดจุดเยือกแข็งของสารละลาย ΔT รองเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้นของโมลาร์ของสารละลาย:
ผู้ช่วย ΔT = Km
สมการนี้เรียกว่ากฎของราอูลท์ที่สอง ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วน K - ค่าคงที่การแช่แข็งของตัวทำละลาย - ถูกกำหนดโดยธรรมชาติของตัวทำละลาย
อุณหภูมิเดือด
จุดเดือดของสารละลายของสารไม่ระเหยจะสูงกว่าจุดเดือดของตัวทำละลายบริสุทธิ์ที่ความดันเท่ากันเสมอ
ของเหลว - ตัวทำละลายหรือสารละลาย - เดือดที่อุณหภูมิที่ความดันไออิ่มตัวจะเท่ากับความดันภายนอก
การเพิ่มจุดเดือดของสารละลายเจือจาง
การเพิ่มขึ้นของจุดเดือดของสารละลายของสารไม่ระเหย ΔT k = T k - T ° k เป็นสัดส่วนกับการลดลงของความดันไออิ่มตัว ดังนั้นจึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้นของโมลของสารละลาย ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วน E คือค่าคงที่การหลั่งไหลของตัวทำละลาย ซึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับลักษณะของตัวถูกละลาย
ΔT ถึง = Em
กฎข้อที่สองของราอูลท์ การลดลงของจุดเยือกแข็งและการเพิ่มขึ้นของจุดเดือดของสารละลายเจือจางของสารไม่ระเหยเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้นของโมลของสารละลายและไม่ขึ้นกับลักษณะของตัวถูกละลาย กฎหมายนี้ใช้ได้เฉพาะกับสารละลายเจือจางแบบอนันต์เท่านั้น
Ebulioscopy- วิธีการกำหนดน้ำหนักโมเลกุลโดยการเพิ่มจุดเดือดของสารละลาย จุดเดือดของสารละลายคืออุณหภูมิที่ความดันไอที่อยู่เหนือระดับนั้นเท่ากับแรงดันภายนอก
หากตัวถูกละลายไม่ระเหย ไอที่อยู่เหนือสารละลายจะประกอบด้วยโมเลกุลของตัวทำละลาย สารละลายดังกล่าวเริ่มเดือดที่อุณหภูมิสูงกว่า (T) เมื่อเทียบกับจุดเดือดของตัวทำละลายบริสุทธิ์ (T0) ความแตกต่างระหว่างจุดเดือดของสารละลายกับตัวทำละลายบริสุทธิ์ที่ความดันคงที่ที่กำหนด เรียกว่าการเพิ่มขึ้นของจุดเดือดของสารละลาย ค่านี้ขึ้นอยู่กับลักษณะของตัวทำละลายและความเข้มข้นของตัวถูกละลาย
ของเหลวเดือดเมื่อความดันของไออิ่มตัวที่สูงกว่าความดันภายนอกเท่ากับความดันภายนอก เมื่อเดือด สารละลายของเหลวและไอระเหยจะอยู่ในสภาวะสมดุล ถ้าตัวถูกละลายไม่ระเหย การเพิ่มขึ้นของจุดเดือดของสารละลายจะเป็นไปตามสมการ:
∆ isp H 1 คือเอนทาลปีของการระเหยของตัวทำละลาย
m 2 คือโมลาลิตีของสารละลาย (จำนวนโมลของตัวถูกละลายต่อ 1 กิโลกรัมของตัวทำละลาย)
E - ค่าคงที่ ebulioscopic เท่ากับการเพิ่มขึ้นของจุดเดือดของสารละลายหนึ่งโมลาร์เมื่อเทียบกับจุดเดือดของตัวทำละลายบริสุทธิ์ ค่าของ E ถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของตัวทำละลายเท่านั้น แต่ไม่ใช่ตัวถูกละลาย
Cryoscopy- วิธีการกำหนดน้ำหนักโมเลกุลโดยการลดจุดเยือกแข็งของสารละลาย เมื่อสารละลายเย็นตัวลง สารจะแข็งตัว จุดเยือกแข็ง - อุณหภูมิที่เกิดผลึกแรกของเฟสของแข็ง หากผลึกเหล่านี้ประกอบด้วยโมเลกุลตัวทำละลายเท่านั้น จุดเยือกแข็งของสารละลาย (T) จะต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของตัวทำละลายบริสุทธิ์ (T pl) เสมอ ความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิการเยือกแข็งของตัวทำละลายและสารละลายเรียกว่าการลดจุดเยือกแข็งของสารละลาย
การพึ่งพาเชิงปริมาณของการลดจุดเยือกแข็งบนความเข้มข้นของสารละลายแสดงโดยสมการต่อไปนี้:
ม 1 - มวลกรามตัวทำละลาย;
∆ pl H 1 คือเอนทาลปีของการหลอมละลายของตัวทำละลาย
m 2 - molality ของสารละลาย
K คือค่าคงที่ของการแช่แข็ง ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของตัวทำละลายเท่านั้น เท่ากับการลดลงของจุดเยือกแข็งของสารละลายที่มีโมลาลิตีของสารที่ละลายอยู่ในนั้น เท่ากับความสามัคคี
การพึ่งพาอุณหภูมิของความดันไออิ่มตัวของตัวทำละลาย
ลดจุดเยือกแข็งและเพิ่มจุดเดือดของสารละลาย แรงดันออสโมติกไม่ขึ้นอยู่กับลักษณะของสารที่ละลาย คุณสมบัติดังกล่าวเรียกว่า colligative คุณสมบัติเหล่านี้ขึ้นอยู่กับลักษณะของตัวทำละลายและความเข้มข้นของตัวถูกละลาย ตามกฎแล้ว คุณสมบัติคอลลิเกทีฟจะปรากฏขึ้นเมื่อสองเฟสอยู่ในสภาวะสมดุล โดยเฟสหนึ่งประกอบด้วยตัวทำละลายและตัวถูกละลาย และอีกเฟสมีเพียงตัวทำละลายเท่านั้น
วัตถุประสงค์ในการทำงาน
ทดลองกำหนดค่าความจุความร้อนเฉลี่ยของอากาศในช่วงอุณหภูมิจาก NS 1 ถึง NS 2 สร้างการพึ่งพาความจุความร้อนของอากาศกับอุณหภูมิ
1. กำหนดพลังงานที่ใช้กับก๊าซร้อนจาก NS 1
ก่อน NS 2 .
2. บันทึกค่าการไหลของอากาศในช่วงเวลาที่กำหนด
คำแนะนำในการเตรียมห้องปฏิบัติการ
1. เพื่อหาส่วนของหลักสูตร "ความจุความร้อน" ตามวรรณกรรมที่แนะนำ
2. เพื่อทำความคุ้นเคยกับคู่มือวิธีการนี้
3. เตรียมโปรโตคอล งานห้องปฏิบัติการรวมถึงเนื้อหาทางทฤษฎีที่จำเป็นที่เกี่ยวข้องกับงานนี้ (สูตรการคำนวณ ไดอะแกรม กราฟ)
แนะนำทฤษฎี
ความจุความร้อน- ปริมาณทางอุณหพลศาสตร์ที่สำคัญที่สุดซึ่งรวมอยู่ในการคำนวณทางวิศวกรรมความร้อนทั้งหมดโดยตรงหรือโดยอ้อม
ความจุความร้อนเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของสารและขึ้นอยู่กับน้ำหนักโมเลกุลของแก๊ส μ , อุณหภูมิ NS, ความดัน NS, จำนวนองศาอิสระของโมเลกุล ผม, จากกระบวนการที่จ่ายหรือกำจัดความร้อน p = const, วี =คอนสต... ความจุความร้อนขึ้นอยู่กับน้ำหนักโมเลกุลของก๊าซมากที่สุด μ ... ตัวอย่างเช่น ความจุความร้อนของก๊าซบางชนิดและ ของแข็งเป็น
ดังนั้น ยิ่งน้อย μ สารจะบรรจุอยู่ในหนึ่งกิโลโมลน้อยกว่าและจำเป็นต้องให้ความร้อนมากขึ้นเพื่อเปลี่ยนอุณหภูมิของแก๊ส 1 K นั่นคือเหตุผลที่ไฮโดรเจนเป็นสารหล่อเย็นที่มีประสิทธิภาพมากกว่าตัวอย่างในอากาศ
ความจุความร้อนหมายถึงปริมาณความร้อนที่ต้องทำให้เป็น 1 กิโลกรัม(หรือ 1 NS 3) สารเปลี่ยนอุณหภูมิ 1 K.
เนื่องจากปริมาณความร้อนที่ให้มา dqขึ้นอยู่กับธรรมชาติของกระบวนการ ความจุความร้อนก็ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของกระบวนการด้วย ระบบเดียวกันในกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ที่แตกต่างกันมีความจุความร้อนต่างกัน - c p, ประวัติย่อ, ค น... ความสำคัญเชิงปฏิบัติมากที่สุดคือ c pและ ประวัติย่อ.
ตามทฤษฎีจลนศาสตร์โมเลกุลของก๊าซ (MKT) สำหรับกระบวนการที่กำหนด ความจุความร้อนขึ้นอยู่กับน้ำหนักโมเลกุลเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ความจุความร้อน c pและ ประวัติย่อสามารถกำหนดเป็น
สำหรับอากาศ ( k = 1,4; NS = 0,287 kj/(กิโลกรัม· ถึง))
กิโลจูล / กิโลกรัม
สำหรับก๊าซในอุดมคติที่กำหนด ความจุความร้อนจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเท่านั้น กล่าวคือ
ความจุความร้อนของร่างกายในกระบวนการนี้เรียกว่าอัตราส่วนความร้อน dqร่างกายได้รับโดยการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในสถานะเป็นการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของร่างกายโดย dt
ความจุความร้อนที่แท้จริงและเฉลี่ย
ความจุความร้อนที่แท้จริงของของไหลทำงานเป็นที่เข้าใจกันว่า:
ความจุความร้อนที่แท้จริงแสดงค่าความจุความร้อนของของไหลทำงาน ณ จุดที่พารามิเตอร์ที่กำหนด
ปริมาณความร้อนที่ถ่ายเท ในรูปของความจุความร้อนที่แท้จริงสามารถคำนวณได้โดยสมการ
แยกแยะ:
การพึ่งพาเชิงเส้นของความจุความร้อนต่ออุณหภูมิ
ที่ไหน NS- ความจุความร้อนที่ NS= 0 ° C;
NS = tgα คือความชัน
การพึ่งพาความจุความร้อนแบบไม่เชิงเส้นกับอุณหภูมิ
ตัวอย่างเช่น สำหรับออกซิเจน สมการจะแสดงเป็น
กิโลจูล / (กก. เค)
ภายใต้ความจุความร้อนเฉลี่ย กับ tเข้าใจอัตราส่วนของปริมาณความร้อนในกระบวนการ 1-2 ต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่สอดคล้องกัน
กิโลจูล / (กก. เค)
ความจุความร้อนเฉลี่ยคำนวณดังนี้:
ที่ไหน NS = NS 1 + NS 2 .
การคำนวณความร้อนด้วยสมการ
ยากเพราะตารางให้ค่าความจุความร้อน ดังนั้นความจุความร้อนอยู่ในช่วงตั้งแต่ NS 1 ถึง NS 2 ต้องถูกกำหนดโดยสูตร
.
ถ้าอุณหภูมิ NS 1 และ NS 2 ถูกกำหนดโดยการทดลอง แล้วสำหรับ ม.กก.ก๊าซ ปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทควรคำนวณโดยใช้สมการ
เฉลี่ย กับ tและ กับความจุความร้อนจริงสัมพันธ์กันโดยสมการ:
สำหรับก๊าซส่วนใหญ่ อุณหภูมิจะสูงขึ้น NS, ยิ่งความจุความร้อนสูง ซีวีซีพี... ทางกายภาพ นี่หมายความว่ายิ่งแก๊สถูกทำให้ร้อนมากเท่าไร ก็ยิ่งทำให้ร้อนได้ยากขึ้นเท่านั้น