Под специфичен топлинен капацитетвеществата разбират количеството топлина, което трябва да се добави или извади от единица вещество (1 kg, 1 m 3, 1 mol), за да се промени температурата му с един градус.

В зависимост от единицата на дадено вещество се разграничават следните специфични топлинни мощности:

Масов топлинен капацитет СЪС, отнасящо се за 1 kg газ, J/(kg∙K);

Моларен топлинен капацитет µС, отнасящо се за 1 kmol газ, J/(kmol∙K);

Обемен топлинен капацитет С', отнасящо се до 1 m 3 газ, J/(m 3 ∙K).

Специфичните топлинни мощности са свързани помежду си чрез връзката:

Където υ n- специфичен обем газ при нормални условия (n.s.), m 3 /kg; µ - моларна масагаз, kg/kmol.

Топлинният капацитет на идеален газ зависи от естеството на процеса на доставяне (или отстраняване) на топлина, от атомността на газа и температурата (топлинният капацитет на реалните газове също зависи от налягането).

Връзка между изобарна маса с Пи изохорни C Vтоплинните мощности се определят от уравнението на Майер:

C P - C V = R, (1.2)

Където R –газова константа, J/(kg∙K).

Когато идеален газ се нагрява в затворен съд с постоянен обем, топлината се изразходва само за промяна на енергията на движение на неговите молекули, а при нагряване при постоянно налягане, поради разширяването на газа, едновременно се извършва работа срещу външни сили .

За моларните топлинни мощности уравнението на Майер има формата:

µС р - µС v = µR, (1.3)

Където µR=8314J/(kmol∙K) – универсална газова константа.

Идеален обем на газа V n, намалена до нормални условия, се определя от следната връзка:

(1.4)

Където R n– налягане при нормални условия, R n= 101325 Pa = 760 mm Hg; Tn– температура при нормални условия, Tn= 273.15 K; Пт, Vt, T t– работно налягане, обем и температура на газа.

Съотношението на изобарния към изохорния топлинен капацитет се означава с ки се обади адиабатен индекс:

(1.5)

От (1.2) и като вземем предвид (1.5) получаваме:

За точни изчисления средният топлинен капацитет се определя по формулата:

(1.7)

При термичните изчисления на различно оборудване често се определя количеството топлина, необходимо за нагряване или охлаждане на газове:

Q = C∙m∙(T 2 - T 1), (1.8)

Q = C′∙V n∙(T 2 - T 1), (1.9)

Където V n– обем газ при стандартни условия, m3.

Q = µC∙ν∙(T 2 - T 1), (1.10)

Където ν – количество газ, kmol.

Топлинен капацитет. Използване на топлинен капацитет за описание на процеси в затворени системи

В съответствие с уравнение (4.56), топлината може да се определи, ако е известна промяната в ентропията S на системата. Въпреки това фактът, че ентропията не може да бъде измерена директно, създава някои усложнения, особено когато се описват изохорни и изобарни процеси. Необходимо е да се определи количеството топлина, като се използва количество, измерено експериментално.

Тази стойност може да бъде топлинният капацитет на системата. Повечето обща дефинициятоплинен капацитет следва от израза на първия закон на термодинамиката (5.2), (5.3). Въз основа на него всеки капацитет на системата C по отношение на работа от тип m се определя от уравнението

C m = dA m / dP m = P m d e g m / dP m, (5.42)

където C m е капацитетът на системата;

P m и g m са съответно обобщен потенциал и координата на състоянието от тип m.

Стойността C m показва колко работа от тип m трябва да се извърши при дадени условия, за да се промени m-тият обобщен потенциал на системата чрез нейната мерна единица.

Концепцията за капацитет на система във връзка с определена работа в термодинамиката се използва широко само когато се описва топлинното взаимодействие между системата и околната среда.

Капацитетът на системата по отношение на топлината се нарича топлинен капацитет и се дава от равенството

C = d e Q / dT = Td e S топлина / dT. (5,43)

По този начин, Топлинният капацитет може да се определи като количеството топлина, което трябва да бъде предадено на система, за да промени температурата си с един Келвин.

Топлинен капацитет, подобен вътрешна енергияи енталпията е екстензивно количество, пропорционално на количеството вещество.На практика се използва топлинният капацитет на единица маса на веществото - специфичен топлинен капацитет, и топлинния капацитет на един мол от веществото, – моларен топлинен капацитет. Специфичният топлинен капацитет в SI се изразява в J/(kg K), а моларният капацитет в J/(mol K).

Специфичният и моларният топлинен капацитет са свързани по отношение:

C mol = C бие M, (5,44)

където М е молекулното тегло на веществото.

Разграничете истински (диференциален) топлинен капацитет, определена от уравнение (5.43) и представляваща елементарното увеличение на топлината с безкрайно малка промяна в температурата, и среден топлинен капацитет,което е отношението на общото количество топлина към общата промяна на температурата в даден процес:

Q/DT. (5,45)

Връзката между истинския и средния специфичен топлинен капацитет се установява от отношението

При постоянно налягане или обем топлината и съответно топлинният капацитет придобиват свойствата на функция на състоянието, т.е. стават характеристики на системата. Именно тези топлоемкости - изобарна C P (при постоянно налягане) и изохорна C V (при постоянен обем) са най-широко използвани в термодинамиката.

Ако системата се нагрява при постоянен обем, тогава, в съответствие с израза (5.27), изохорният топлинен капацитет C V се записва във формата

C V = . (5.48)

Ако системата се нагрява при постоянно налягане, тогава, в съответствие с уравнение (5.32), изобарният топлинен капацитет С Р се появява във формата

C P = . (5.49)

За намиране на връзката между С Р и С V е необходимо да се диференцира израз (5.31) по отношение на температурата. За един мол идеален газ този израз, като се вземе предвид уравнение (5.18), може да бъде представен като

H = U + pV = U + RT. (5,50)

dH/dT = dU/dT + R, (5.51)

и разликата между изобарния и изохорния топлинен капацитет за един мол идеален газ е числено равна на универсалната газова константа R:

C R - C V = R . (5,52)

Топлинният капацитет при постоянно налягане винаги е по-голям от топлинния капацитет при постоянен обем, тъй като нагряването на вещество при постоянно налягане е придружено от работата на разширяването на газа.

Използвайки израза за вътрешната енергия на идеален едноатомен газ (5.21), получаваме стойността на неговия топлинен капацитет за един мол идеален едноатомен газ:

C V = dU/dT = d(3/2 RT)dT = 3/2 R » 12,5 J/(mol K); (5,53)

C P = 3/2R + R = 5/2 R » 20,8 J/(mol K). (5,54)

Така за едноатомни идеални газове C V и C p не зависят от температурата, тъй като цялата подадена топлинна енергия се изразходва само за ускоряване на транслационното движение. За многоатомните молекули, наред с промяната в транслационното движение, може да възникне и промяна в ротационното и вибрационното вътрешномолекулно движение. За двуатомните молекули обикновено се взема предвид допълнително въртеливо движение, в резултат на което числените стойности на техните топлинни мощности са:

C V = 5/2 R » 20,8 J/(mol K); (5,55)

C p = 5/2 R + R = 7/2 R » 29,1 J/(mol K). (5,56)

По пътя нека се докоснем до топлинния капацитет на веществата в други вещества (с изключение на газообразни) агрегатни състояния. За оценка на топлинния капацитет на твърди химични съединения често се използва приблизителното правило за адитивност на Нойман и Коп, според което моларният топлинен капацитет на химичните съединения в твърдо състояние е равен на сумата от атомните топлинни капацитети на елементите, включени в дадено съединение. По този начин топлинният капацитет на комплекс химическо съединениеКато се вземе предвид правилото на Дюлонг и Петит, може да се оцени, както следва:

C V = 25n J/(mol K), (5,57)

където n е броят на атомите в молекулите на съединенията.

Топлинният капацитет на течности и твърди вещества в близост до точката на топене (кристализация) е почти равен. Близо до нормалната точка на кипене, повечето органични течности имат специфичен топлинен капацитет от 1700 - 2100 J/kg К. Между тези температури фазови преходиТоплинният капацитет на течността може да варира значително (в зависимост от температурата). IN общ изгледЗависимостта на топлинния капацитет на твърдите тела от температурата в диапазона 0 – 290 К в повечето случаи се предава добре от полуемпиричното уравнение на Дебай (за кристална решетка) в района на ниска температура

C P » C V = eT 3, (5.58)

в който коефициентът на пропорционалност (e) зависи от природата на веществото (емпирична константа).

Зависимостта на топлинния капацитет на газовете, течностите и твърдите вещества от температурата при обикновени и високи температури обикновено се изразява с помощта на емпирични уравнения под формата на степенни редове:

C P = a + bT + cT 2 (5,59)

C P = a + bT + c"T -2, (5.60)

където a, b, c и c" са емпирични температурни коефициенти.

Връщайки се към описанието на процесите в затворени системи, използвайки метода на топлинния капацитет, нека напишем някои от уравненията, дадени в параграф 5.1, в малко по-различна форма.

Изохоричен процес. Изразявайки вътрешната енергия (5.27) по отношение на топлинния капацитет, получаваме

dU V = dQ V = U 2 – U 1 = C V dT = C V dT . (5,61)

Като се има предвид фактът, че топлинният капацитет на идеалния газ не зависи от температурата, уравнението (5.61) може да бъде написано, както следва:

DU V = Q V = U 2 - U 1 = C V DT. (5,62)

За да изчислите стойността на интеграла (5.61) за реални едно- и многоатомни газове, трябва да знаете конкретната форма на функционалната зависимост C V = f(T) тип (5.59) или (5.60).

Изобарен процес.За газообразното състояние на вещество, първият закон на термодинамиката (5.29) за този процес, като се вземе предвид работата на разширението (5.35) и се използва методът на топлинния капацитет, се записва, както следва:

Q P = C V DT + RDT = C P DT = DH (5.63)

Q Р = DH Р = H 2 – H 1 = C Р dT. (5,64)

Ако системата е идеален газ и топлинният капацитет С Р не зависи от температурата, съотношението (5.64) става (5.63). За да се реши уравнение (5.64), което описва реален газ, е необходимо да се знае конкретната форма на зависимостта C p = f(T).

Изотермичен процес.Промяна във вътрешната енергия на идеален газ в процес, протичащ при постоянна температура

dU T = C V dT = 0. (5,65)

Адиабатен процес.Тъй като dU = C V dT, тогава за един мол идеален газ промяната във вътрешната енергия и извършената работа са съответно равни:

DU = C V dT = C V (T 2 - T 1); (5,66)

A fur = -DU = C V (T 1 - T 2). (5,67)

Анализ на уравнения, характеризиращи различни термодинамични процеси при условията: 1) p = const; 2) V = const; 3) T = const и 4) dQ = 0 показва, че всички те могат да бъдат представени общо уравнение:

pV n = const. (5,68)

В това уравнение индикаторът „n“ може да приема стойности от 0 до ¥ за различни процеси:

1. изобарен (n = 0);

2. изотермичен (n = 1);

3. изохоричен (n = ¥);

4. адиабатен (n = g; където g = C P /C V – адиабатен коефициент).

Получените съотношения са валидни за идеален газ и представляват следствие от неговото уравнение на състоянието, а разглежданите процеси са частни и ограничаващи прояви на реални процеси. Реалните процеси, като правило, са междинни, възникват при произволни стойности на „n“ и се наричат ​​политропни процеси.

Ако сравним работата на разширението на идеален газ, получен в разглежданите термодинамични процеси, с промяната на обема от V 1 до V 2, тогава, както може да се види от фиг. 5.2, най-великата работаразширението се случва при изобарен процес, по-малко при изотермичен процес и още по-малко при адиабатен процес. За изохоричен процес работата е нула.

Ориз. 5.2. P = f (V) – зависимост за различни термодинамични процеси (защрихованите области характеризират работата на разширението в съответния процес)

Транспортна енергия (студен транспорт) Влажност на въздуха. Топлинен капацитет и енталпия на въздуха

Влажност на въздуха. Топлинен капацитет и енталпия на въздуха

Атмосферният въздух е смес от сух въздух и водна пара (от 0,2% до 2,6%). Така въздухът почти винаги може да се счита за влажен.

Механичната смес от сух въздух и водна пара се нарича влажен въздухили смес въздух-пара. Максимално възможно съдържание на парообразна влага във въздуха м п.н.зависи от температурата Tи натиск Псмеси. Когато се промени TИ Пвъздухът може да премине от първоначално ненаситен до състояние на насищане с водна пара и след това излишната влага ще започне да се утаява в газовия обем и върху ограждащите повърхности под формата на мъгла, скреж или сняг.

Основните параметри, характеризиращи състоянието на влажния въздух са: температура, налягане, специфичен обем, съдържание на влага, абсолютна и относителна влажност, молекулно тегло, газова константа, топлинен капацитет и енталпия.

Според закона на Далтон за газовите смеси общо налягане на влажен въздух (P)е сумата от парциалните налягания на сухия въздух P c и водните пари P p: P = P c + P p.

По същия начин обемът V и масата m на влажния въздух ще се определят от отношенията:

V = V c + V p, m = m c + m p.

ПлътностИ специфичен обем влажен въздух (v)дефиниран:

Молекулно тегло на влажен въздух:

където B е барометрично налягане.

Тъй като влажността на въздуха непрекъснато се увеличава по време на процеса на сушене, а количеството сух въздух в паровъздушната смес остава постоянно, процесът на сушене се оценява по това как се променя количеството водна пара на 1 kg сух въздух и всички показатели на паровъздушна смес (топлинен капацитет, съдържание на влага, енталпия и др.) се отнася за 1 kg сух въздух, намиращ се във влажен въздух.

d = m p / m c, g/kg, или X = m p / m c.

Абсолютна влажност на въздуха- маса на пара в 1 m 3 влажен въздух. Тази стойност е числено равна на .

Относителна влажност -е отношението на абсолютната влажност на ненаситения въздух към абсолютната влажност на наситения въздух при дадени условия:

тук, но по-често относителната влажност се посочва като процент.

За плътността на влажния въздух е валидна следната зависимост:

Специфична топлинавлажен въздух:

c = c c + c p × d/1000 = c c + c p × X, kJ/(kg × °C),

където c c е специфичният топлинен капацитет на сух въздух, c c = 1,0;

c p - специфичен топлинен капацитет на парата; с n = 1,8.

Топлинният капацитет на сух въздух при постоянно налягане и малки температурни диапазони (до 100 o C) за приблизителни изчисления може да се счита за постоянен, равен на 1,0048 kJ / (kg × ° C). За прегрята пара средният изобарен топлинен капацитет при атмосферно наляганеи ниските степени на прегряване също могат да се приемат за постоянни и равни на 1,96 kJ/(kg×K).

Енталпия (i) на влажен въздух- това е един от основните му параметри, който се използва широко при изчисленията на сушилни инсталации, главно за определяне на топлината, изразходвана за изпаряване на влагата от материалите, които се сушат. Енталпията на влажния въздух се отнася за един килограм сух въздух в паровъздушна смес и се определя като сбор от енталпиите на сух въздух и водна пара, т.е.

i = i c + i p ×Х, kJ/kg.

При изчисляване на енталпията на смеси начална точкаенталпиите на всеки компонент трябва да са еднакви. За изчисления на влажен въздух можем да приемем, че енталпията на водата е нула при 0 o C, тогава ние също броим енталпията на сух въздух от 0 o C, т.е. i in = c in *t = 1,0048t.

Лабораторна работа №1

Дефиниция на масовата изобара

топлинен капацитет на въздуха

Топлинният капацитет е топлината, която трябва да се добави към единица количество вещество, за да се нагрее с 1 К. Единично количество вещество може да се измери в килограми, кубични метри при нормални физически условия и киломоли. Киломол газ е масата на газ в килограми, числено равна на неговото молекулно тегло. По този начин има три вида топлинни мощности: маса c, J/(kg⋅K); обемен s′, J/(m3⋅K) и моларен, J/(kmol⋅K). Тъй като киломол газ има маса μ пъти по-голяма от един килограм, не се въвежда отделно обозначение за моларен топлинен капацитет. Връзки между топлинните мощности:

където = 22,4 m3/kmol е обемът на киломол идеален газ при нормални физически условия; – плътност на газа при нормални физически условия, kg/m3.

Истинският топлинен капацитет на газ е производната на топлината по отношение на температурата:

Топлината, подавана на газа, зависи от термодинамичния процес. Може да се определи от първия закон на термодинамиката за изохорни и изобарни процеси:

Ето топлината, подавана на 1 kg газ при изобарен процес; – изменение на вътрешната енергия на газа; – работа на газовете срещу външни сили.

По същество формула (4) формулира 1-ви закон на термодинамиката, от който следва уравнението на Майер:

Ако поставим = 1 K, тогава , т.е физически смисългазовата константа е работата, извършена от 1 kg газ в изобарен процес, когато температурата му се промени с 1 K.

Уравнението на Майер за 1 киломол газ има формата

където = 8314 J/(kmol⋅K) е универсалната газова константа.

В допълнение към уравнението на Майер, изобарният и изохорният масов топлинен капацитет на газовете са свързани помежду си чрез адиабатния показател k (Таблица 1):

Таблица 1.1

Стойности на адиабатните показатели за идеални газове

Атомност на газовете
Едноатомни газове
Двуатомни газове
Три- и многоатомни газове

ЦЕЛ НА РАБОТАТА

Затвърдяване на теоретичните знания за основните закони на термодинамиката. Практическо развитие на метода за определяне на топлинния капацитет на въздуха въз основа на енергийния баланс.

Експериментално определяне на специфичния масов топлинен капацитет на въздуха и сравнение на получения резултат с еталонната стойност.

1.1. Описание на лабораторната обстановка

Инсталацията (фиг. 1.1) се състои от месингова тръба 1 с вътрешен диаметър d =
= 0,022 m, в края на който има електрически нагревател с топлоизолация 10. Вътре в тръбата се движи въздушен поток, който се подава 3. Въздушният поток може да се регулира чрез промяна на скоростта на вентилатора. Тръба 1 съдържа тръба за пълно налягане 4 и излишно статично налягане 5, които са свързани към манометри 6 и 7. Освен това в тръба 1 е монтирана термодвойка 8, която може да се движи по напречното сечение едновременно с тръбата за пълно налягане. Големината на ЕДС на термодвойката се определя от потенциометър 9. Нагряването на въздуха, движещ се през тръбата, се регулира с помощта на лабораторен автотрансформатор 12 чрез промяна на мощността на нагревателя, която се определя от показанията на амперметър 14 и волтметър 13. Температурата на въздуха на изхода на нагревателя се определя от термометър 15.

1.2. ЕКСПЕРИМЕНТАЛНА ПРОЦЕДУРА

Топлинен поток на нагревателя, W:

където I – ток, A; U – напрежение, V; = 0,96; =
= 0,94 – коефициент на топлинни загуби.

Фиг.1.1. Диаграма на експерименталната настройка:

1 – тръба; 2 – конфузор; 3 – вентилатор; 4 – тръба за измерване на динамично налягане;

5 – тръба; 6, 7 – диференциални манометри; 8 – термодвойка; 9 – потенциометър; 10 – изолация;

11 – електрически нагревател; 12 – лабораторен автотрансформатор; 13 – волтметър;

14 – амперметър; 15 – термометър

Топлинен поток, абсорбиран от въздуха, W:

където m – масов въздушен поток, kg/s; – експериментален, масов изобарен топлинен капацитет на въздуха, J/(kg K); – температура на въздуха на изхода от отоплителната секция и на входа в нея, °C.

Масов въздушен поток, kg/s:

. (1.10)

Тук - Средната скороствъздух в тръбата, m/s; d – вътрешен диаметър на тръбата, m; – плътност на въздуха при температура, която се намира по формулата, kg/m3:

, (1.11)

където = 1,293 kg/m3 – плътност на въздуха при нормални физични условия; B – налягане, mm. Hg st; – свръхстатично налягане на въздуха в тръбата, mm. вода Изкуство.

Скоростите на въздуха се определят от динамичното налягане в четири равни сечения, m/s:

където е динамичното налягане, mm. вода Изкуство. (kgf/m2); g = 9,81 m/s2 – ускорение на свободното падане.

Средна скорост на въздуха в напречното сечение на тръбата, m/s:

Средният изобарен масов топлинен капацитет на въздуха се определя от формула (1.9), в която топлинният поток се замества от уравнение (1.8). Точната стойност на топлинния капацитет на въздуха при средна температура на въздуха се намира от таблицата на средните топлинни капацитети или от емпиричната формула, J/(kg⋅K):

. (1.14)

Относителна грешка на експеримента, %:

. (1.15)

1.3. Провеждане на експеримента и обработка

резултати от измерване

Опитът се провежда в следната последователност.

1. Лабораторният стенд се включва и след установяване на стационарен режим се отчитат:

Динамично налягане на въздуха в четири точки на равни тръбни секции;

Прекомерно статично налягане на въздуха в тръбата;

Ток I, A и напрежение U, V;

Температура на входящия въздух, °C (термодвойка 8);

Изходяща температура, °C (термометър 15);

Барометрично налягане B, mm. Hg Изкуство.

Експериментът се повтаря за следващия режим. Резултатите от измерването са въведени в таблица 1.2. Изчисленията се извършват в табл. 1.3.

Таблица 1.2

Таблица за измерване

	Наименование на количеството
	Температура на входящия въздух, °C
	Температура на изходящия въздух, °C
	Динамично налягане на въздуха, mm. вода Изкуство.
	Прекомерно статично налягане на въздуха, mm. вода Изкуство.
	Барометрично налягане B, mm. Hg Изкуство.
	Напрежение U, V

Таблица 1.3

Таблица за изчисление

	Наименование на количествата
	Динамично налягане, N/m2
	Средна температура на входния поток, °C

Разглеждат се основните физични свойства на въздуха: плътност на въздуха, неговия динамичен и кинематичен вискозитет, специфичен топлинен капацитет, топлопроводимост, топлопроводимост, число на Прандтл и ентропия. Свойствата на въздуха са дадени в таблици в зависимост от температурата при нормално атмосферно налягане.

Плътност на въздуха в зависимост от температурата

Представена е подробна таблица на стойностите на плътността на сухия въздух при различни температури и нормално атмосферно налягане. Каква е плътността на въздуха? Плътността на въздуха може да се определи аналитично, като масата му се раздели на обема, който заема.при определени условия (налягане, температура и влажност). Можете също така да изчислите неговата плътност, като използвате формулата на уравнението на състоянието на идеалния газ. За да направите това, трябва да знаете абсолютното налягане и температура на въздуха, както и неговата газова константа и моларен обем. Това уравнение ви позволява да изчислите сухата плътност на въздуха.

На практика, за да разберете каква е плътността на въздуха при различни температури, удобно е да използвате готови таблици. Например дадената таблица със стойности на плътност атмосферен въздухв зависимост от температурата му. Плътността на въздуха в таблицата е изразена в килограми на кубичен метъри се дава в температурен диапазон от минус 50 до 1200 градуса по Целзий при нормално атмосферно налягане (101325 Pa).

Плътност на въздуха в зависимост от температурата - табл

t, °С	ρ, kg/m3	t, °С	ρ, kg/m3	t, °С	ρ, kg/m3	t, °С	ρ, kg/m3
-50	1,584	20	1,205	150	0,835	600	0,404
-45	1,549	30	1,165	160	0,815	650	0,383
-40	1,515	40	1,128	170	0,797	700	0,362
-35	1,484	50	1,093	180	0,779	750	0,346
-30	1,453	60	1,06	190	0,763	800	0,329
-25	1,424	70	1,029	200	0,746	850	0,315
-20	1,395	80	1	250	0,674	900	0,301
-15	1,369	90	0,972	300	0,615	950	0,289
-10	1,342	100	0,946	350	0,566	1000	0,277
-5	1,318	110	0,922	400	0,524	1050	0,267
0	1,293	120	0,898	450	0,49	1100	0,257
10	1,247	130	0,876	500	0,456	1150	0,248
15	1,226	140	0,854	550	0,43	1200	0,239

При 25°C въздухът има плътност 1,185 kg/m3.При нагряване плътността на въздуха намалява - въздухът се разширява (специфичният му обем се увеличава). При повишаване на температурата, например до 1200°C, се постига много ниска плътност на въздуха, равна на 0,239 kg/m 3, което е 5 пъти по-малко от стойността му при стайна температура. Като цяло намаляването по време на нагряване позволява да се осъществи процес като естествена конвекция и се използва, например, в аеронавтиката.

Ако сравним плътността на въздуха спрямо , тогава въздухът е с три порядъка по-лек - при температура 4°C плътността на водата е 1000 kg/m3, а плътността на въздуха е 1,27 kg/m3. Също така е необходимо да се отбележи стойността на плътността на въздуха при нормални условия. Нормални условия за газовете са тези, при които тяхната температура е 0°C и налягането е равно на нормалното атмосферно налягане. Така, според таблицата, плътността на въздуха при нормални условия (при NL) е 1,293 kg/m 3.

Динамичен и кинематичен вискозитет на въздуха при различни температури

При извършване на топлинни изчисления е необходимо да се знае стойността на вискозитета на въздуха (коефициент на вискозитет) при различни температури. Тази стойност е необходима за изчисляване на числата на Reynolds, Grashof и Rayleigh, чиито стойности определят режима на потока на този газ. Таблицата показва стойностите на динамичните коефициенти μ и кинематичен ν вискозитет на въздуха в температурния диапазон от -50 до 1200°C при атмосферно налягане.

Коефициентът на вискозитет на въздуха се увеличава значително с повишаване на температурата.Например, кинематичният вискозитет на въздуха е равен на 15,06 10 -6 m 2 / s при температура 20 ° C, а с повишаване на температурата до 1200 ° C вискозитетът на въздуха става равен на 233,7 10 -6 m 2 /s, тоест се увеличава 15,5 пъти! Динамичният вискозитет на въздуха при температура 20°C е 18,1·10 -6 Pa·s.

Когато въздухът се нагрява, стойностите на кинематичния и динамичния вискозитет се увеличават. Тези две величини са свързани помежду си чрез плътността на въздуха, чиято стойност намалява, когато този газ се нагрява. Увеличаването на кинематичния и динамичния вискозитет на въздуха (както и на други газове) при нагряване е свързано с по-интензивна вибрация на въздушните молекули около тяхното равновесно състояние (според MKT).

Динамичен и кинематичен вискозитет на въздуха при различни температури - табл

t, °С	μ·10 6 , Pa·s	ν·10 6, m 2 /s	t, °С	μ·10 6 , Pa·s	ν·10 6, m 2 /s	t, °С	μ·10 6 , Pa·s	ν·10 6, m 2 /s
-50	14,6	9,23	70	20,6	20,02	350	31,4	55,46
-45	14,9	9,64	80	21,1	21,09	400	33	63,09
-40	15,2	10,04	90	21,5	22,1	450	34,6	69,28
-35	15,5	10,42	100	21,9	23,13	500	36,2	79,38
-30	15,7	10,8	110	22,4	24,3	550	37,7	88,14
-25	16	11,21	120	22,8	25,45	600	39,1	96,89
-20	16,2	11,61	130	23,3	26,63	650	40,5	106,15
-15	16,5	12,02	140	23,7	27,8	700	41,8	115,4
-10	16,7	12,43	150	24,1	28,95	750	43,1	125,1
-5	17	12,86	160	24,5	30,09	800	44,3	134,8
0	17,2	13,28	170	24,9	31,29	850	45,5	145
10	17,6	14,16	180	25,3	32,49	900	46,7	155,1
15	17,9	14,61	190	25,7	33,67	950	47,9	166,1
20	18,1	15,06	200	26	34,85	1000	49	177,1
30	18,6	16	225	26,7	37,73	1050	50,1	188,2
40	19,1	16,96	250	27,4	40,61	1100	51,2	199,3
50	19,6	17,95	300	29,7	48,33	1150	52,4	216,5
60	20,1	18,97	325	30,6	51,9	1200	53,5	233,7

Забележка: Бъдете внимателни! Вискозитетът на въздуха е даден на степен 10 6 .

Специфичен топлинен капацитет на въздуха при температури от -50 до 1200°C

Представена е таблица на специфичния топлинен капацитет на въздуха при различни температури. Топлинният капацитет в таблицата е даден при постоянно налягане (изобарен топлинен капацитет на въздуха) в температурния диапазон от минус 50 до 1200°C за въздух в сухо състояние. Какъв е специфичният топлинен капацитет на въздуха? Специфичният топлинен капацитет определя количеството топлина, което трябва да се достави на един килограм въздух при постоянно налягане, за да се повиши температурата му с 1 градус. Например, при 20°C, за нагряване на 1 kg от този газ с 1°C в изобарен процес са необходими 1005 J топлина.

Специфичният топлинен капацитет на въздуха се увеличава с повишаване на температурата.Зависимостта на масовия топлинен капацитет на въздуха от температурата обаче не е линейна. В диапазона от -50 до 120°C стойността му практически не се променя - при тези условия средният топлинен капацитет на въздуха е 1010 J/(kg deg). Според таблицата може да се види, че температурата започва да има значителен ефект от стойност от 130°C. Въпреки това, температурата на въздуха влияе много по-малко върху неговия специфичен топлинен капацитет, отколкото неговия вискозитет. Така при нагряване от 0 до 1200°C топлинният капацитет на въздуха нараства само 1,2 пъти - от 1005 до 1210 J/(kg deg).

Трябва да се отбележи, че топлинният капацитет на влажния въздух е по-висок от този на сухия въздух. Ако сравним въздуха, очевидно е, че водата има по-висока стойност и съдържанието на вода във въздуха води до увеличаване на специфичния топлинен капацитет.

Специфичен топлинен капацитет на въздуха при различни температури - табл

t, °С	C p , J/(kg deg)	t, °С	C p , J/(kg deg)	t, °С	C p , J/(kg deg)	t, °С	C p , J/(kg deg)
-50	1013	20	1005	150	1015	600	1114
-45	1013	30	1005	160	1017	650	1125
-40	1013	40	1005	170	1020	700	1135
-35	1013	50	1005	180	1022	750	1146
-30	1013	60	1005	190	1024	800	1156
-25	1011	70	1009	200	1026	850	1164
-20	1009	80	1009	250	1037	900	1172
-15	1009	90	1009	300	1047	950	1179
-10	1009	100	1009	350	1058	1000	1185
-5	1007	110	1009	400	1068	1050	1191
0	1005	120	1009	450	1081	1100	1197
10	1005	130	1011	500	1093	1150	1204
15	1005	140	1013	550	1104	1200	1210

Топлопроводимост, топлопроводимост, число на Прандтл за въздух

Таблицата представя такива физични свойства на атмосферния въздух като топлопроводимост, коефициент на топлопроводимост и неговото число на Прандтл в зависимост от температурата. Термофизичните свойства на въздуха са дадени в диапазона от -50 до 1200°C за сух въздух. От таблицата се вижда, че посочените свойства на въздуха зависят значително от температурата и температурната зависимост на разглежданите свойства на този газ е различна.

Което е необходимо за промяна на температурата на работния флуид, в този случай въздуха, с един градус. Топлинният капацитет на въздуха зависи пряко от температурата и налягането. В същото време могат да се използват различни методи за изследване на различни видове топлинен капацитет.

Математически топлинният капацитет на въздуха се изразява като съотношението на количеството топлина към увеличението на неговата температура. Топлинният капацитет на тяло с маса 1 kg обикновено се нарича специфична топлина. Моларният топлинен капацитет на въздуха е топлинният капацитет на един мол вещество. Топлинният капацитет е обозначен с J/K. Моларен топлинен капацитет, съответно, J/(mol*K).

Топлинният капацитет може да се счита за физическа характеристика на дадено вещество, в този случай въздух, ако измерването се извършва при постоянни условия. Най-често такива измервания се извършват при постоянно налягане. Така се определя изобарният топлинен капацитет на въздуха. Той се увеличава с повишаване на температурата и налягането и също така е линейна функциядадени количества. В този случай промяната на температурата се извършва при постоянно налягане. За да се изчисли изобарният топлинен капацитет, е необходимо да се определят псевдокритичната температура и налягане. Определя се с помощта на референтни данни.

Топлинен капацитет на въздуха. Особености

Въздухът е газова смес. При разглеждането им в термодинамиката се правят следните допускания. Всеки газ в сместа трябва да бъде равномерно разпределен в целия обем. По този начин обемът на газа е равен на обема на цялата смес. Всеки газ в сместа има собствено парциално налягане, което упражнява върху стените на съда. Всеки компонент на газовата смес трябва да има температура, равна на температурата на цялата смес. В този случай сумата от парциалните налягания на всички компоненти е равна на налягането на сместа. Изчисляването на топлинния капацитет на въздуха се извършва въз основа на данни за състава на газовата смес и топлинния капацитет на отделните компоненти.

Топлинният капацитет нееднозначно характеризира дадено вещество. От първия закон на термодинамиката можем да заключим, че вътрешната енергия на тялото се променя не само в зависимост от количеството получена топлина, но и от извършената от тялото работа. При различни условия на процеса на пренос на топлина работата на тялото може да варира. По този начин едно и също количество топлина, придадено на тялото, може да причини различни промени в температурата и вътрешната енергия на тялото. Тази характеристика е характерна само за газообразни вещества. За разлика от твърдите вещества и течностите, газообразните вещества могат значително да променят обема си и да извършват работа. Ето защо топлинният капацитет на въздуха определя характера на самия термодинамичен процес.

Но при постоянен обем въздухът не работи. Следователно промяната на вътрешната енергия е пропорционална на промяната на нейната температура. Съотношението на топлинния капацитет в процес с постоянно налягане към топлинния капацитет в процес с постоянен обем е част от формулата за адиабатен процес. Означава се с гръцката буква гама.

От историята

Термините “топлинен капацитет” и “количество топлина” не описват много добре тяхната същност. Това се дължи на факта, че те дойдоха съвременна наукаот теорията за калориите, която беше популярна през осемнадесети век. Последователите на тази теория разглеждат топлината като вид безтегловно вещество, което се съдържа в телата. Това вещество не може нито да бъде унищожено, нито създадено. Охлаждането и нагряването на телата се обяснява съответно с намаляване или увеличаване на калоричното съдържание. С течение на времето тази теория се оказа несъстоятелна. Тя не можа да обясни защо една и съща промяна във вътрешната енергия на едно тяло се получава, когато му се прехвърлят различни количества топлина и също зависи от извършената от тялото работа.