Під питомою теплоємністюречовини розуміють кількість теплоти, яку потрібно повідомити або відібрати від одиниці речовини (1 кг, 1 м 3 , 1 моль), щоб змінити її температуру на один градус.

Залежно від одиниці заданої речовини розрізняють такі питомі теплоємності:

Масову теплоємність З, віднесену до 1 кг газу, Дж/(кгК);

Молярну теплоємність µС, віднесену до 1 кмоль газу, Дж/(кмоль∙К);

Об'ємну теплоємність С′, віднесену до 1 м 3 газу, Дж/(м 3 К).

Питомі теплоємності пов'язані між собою співвідношенням:

де υ н- питомий обсяг газу за нормальних умов (н.у.), м 3 /кг; µ - молярна масагазу, кг/кмоль.

Теплоємність ідеального газу залежить від характеру процесу підведення (або відведення) теплоти, від атомності газу та температури (тепломісткість реальних газів залежить також від тиску).

Зв'язок між масовими ізобарними З Pта ізохорний З Vтеплоємностями встановлюється рівнянням Майєра:

З P - З V = R, (1.2)

де R –газова постійна, Дж/(кг∙К).

При нагріванні ідеального газу в замкнутій посудині постійного об'єму теплота витрачається тільки на зміну енергії руху його молекул, а при нагріванні при постійному тиску завдяки розширенню газу одночасно здійснюється робота проти зовнішніх сил.

Для молярних теплоємностей рівняння Майєра має вигляд:

µС р - µС v = µR, (1.3)

де µR=8314Дж/(кмоль∙К) – універсальна газова стала.

Об'єм ідеального газу V н, Наведений до нормальних умов, визначається з наступного співвідношення:

(1.4)

де Р н– тиск за нормальних умов, Р н= 101325 Па = 760 мм ртст; Т н– температура за нормальних умов, Т н= 273,15 K; P t, V t, T t– робочі тиск, обсяг та температура газу.

Відношення ізобарної теплоємності до ізохорної позначають kі називають показником адіабати:

(1.5)

З (1.2) та з урахуванням (1.5) отримуємо:

Для точних розрахунків середня теплоємність визначається за такою формулою:

(1.7)

У теплових розрахунках різного обладнання часто визначається кількість тепла, яка потрібна для нагрівання або охолодження газів:

Q = C∙m∙(t 2 - t 1), (1.8)

Q = C′∙V н∙(t 2 - t 1), (1.9)

де V н- Об'єм газу при н.у., м 3 .

Q = µC∙ν∙(t 2 - t 1), (1.10)

де ν - Кількість газу, кмоль.

Теплоємність. Використання теплоємності для опису процесів у закритих системах

Відповідно до рівняння (4.56) теплота може бути визначена, якщо відома зміна ентропії S системи. Однак та обставина, що ентропія не може бути виміряна безпосередньо, створює деякі ускладнення, особливо при описі ізохорних та ізобарних процесів. Виникає необхідність визначення кількості теплоти за допомогою вимірюваної на досвіді величини.

Як така величина може виступати теплоємність системи. Найбільш загальне визначеннятеплоємності випливає із вираження першого закону термодинаміки (5.2), (5.3). Виходячи з нього, будь-яка ємність системи по відношенню до роботи виду m визначається рівнянням

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

де З m - Місткість системи;

P m і g m – відповідно узагальнений потенціал та координата стану виду m.

Величина C m показує, яку кількість роботи виду m необхідно здійснити за заданих умов, щоб змінити m-й узагальнений потенціал системи на одиницю його виміру.

Поняття ємності системи по відношенню до тієї чи іншої роботи в термодинаміці широко використовується лише при описі теплової взаємодії між системою та навколишнім середовищем.

Місткість системи по відношенню до теплоти називається теплоємністю і задається рівністю

С = d e Q / dT = Td e S тепла / dT . (5.43)

Таким чином, теплоємність може бути визначена як кількість теплоти, яку необхідно повідомити системі, щоб змінити її температуру на один Кельвін.

Теплоємність, подібно внутрішньої енергіїта ентальпії, є екстенсивною величиною, пропорційною кількості речовини.Насправді використовують теплоємність, віднесену до одиниці маси речовини, – питому теплоємність, та теплоємність, віднесену до одного молю речовини, – молярну теплоємність. Питома теплоємність у СІ виявляється у Дж/(кг·К), а молярна – в Дж/(моль·К).

Питома та молярна теплоємності пов'язані співвідношенням:

З моль = Суд М, (5.44)

де М – молекулярна маса речовини.

Розрізняють справжню (диференціальну) теплоємність, що визначається з рівняння (5.43) і являє собою елементарне збільшення теплоти при нескінченно малій зміні температури, і середню теплоємність,представляє собою відношення повної кількості теплоти до повної зміни температури в даному процесі:

Q/DT. (5.45)

Зв'язок між істинною та середньою питомою теплоємністю встановлюється співвідношенням

При постійних тиску чи обсязі теплота і теплоємність набувають властивості функції стану, тобто. стають характеристиками системи. Саме ці теплоємності - ізобарну С Р (при постійному тиску) та ізохорну С V (при постійному обсязі) найбільш широко використовують у термодинаміці.

Якщо система нагрівається при постійному обсязі, відповідно до виразу (5.27) ізохорна теплоємність C V записується у вигляді

C V = . (5.48)

Якщо система нагрівається при постійному тиску, то відповідно до рівняння (5.32) ізобарна теплоємність Р постає у вигляді

З Р = . (5.49)

Щоб знайти зв'язок між С Р і С V треба продиференціювати вираз (5.31) за температурою. Для одного моля ідеального газу цей вираз з урахуванням рівняння (5.18) можна подати у вигляді

H = U + pV = U + RT. (5.50)

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

а різниця між ізобарною та ізохорною теплоємностями для одного моля ідеального газу чисельно дорівнює універсальній газовій постійній R:

З Р - З V = R. (5.52)

Теплоємність при постійному тиску завжди більша за теплоємність при постійному обсязі, так як нагрівання речовини при постійному тиску супроводжується роботою розширення газу.

Використовуючи вираз внутрішньої енергії ідеального одноатомного газу (5.21), отримаємо значення його теплоємності для одного моля ідеального одноатомного газу:

C V = dU/dT = d(3/2 RT) dT = 3/2 R » 12,5 Дж/(моль К); (5.53)

C Р = 3/2R + R = 5/2 R 20,8 Дж / (моль К). (5.54)

Таким чином, для одноатомних ідеальних газів C V і C p не залежить від температури, оскільки вся підведена теплова енергія витрачається на прискорення поступального руху. Для багатоатомних молекул поряд із зміною поступального руху може відбуватися і зміна обертального та коливального внутрішньомолекулярного руху. Для двоатомних молекул зазвичай враховують додатково обертальний рух, внаслідок чого чисельні значення їх теплоємностей становлять:

C V = 5/2 R » 20,8 Дж/(моль К); (5.55)

C p = 5/2 R + R = 7/2 R » 29,1 Дж / (моль К). (5.56)

Принагідно торкнемося теплоємностей речовин в інших (крім газоподібного) агрегатних станах. Для оцінки теплоємностей твердих хімічних сполук нерідко використовують наближене правило адитивності Неймана і Коппа, згідно з яким молярна теплоємність хімічних сполук у твердому стані дорівнює сумі атомних теплоємностей елементів, що входять до цієї сполуки. Так, теплоємність складного хімічної сполукиз урахуванням правила Дюлонга та Пті можна оцінити так:

C V = 25n Дж/(моль К), (5.57)

де n – число атомів у молекулах сполук.

Теплоємності рідин та твердих тіл поблизу температури плавлення (кристалізації) майже рівні. Поблизу нормальної температури кипіння більшість органічних рідин має питому теплоємність 1700 - 2100 Дж/кгК. У проміжках між цими температурами фазових переходівтеплоємність рідини може значно відрізнятись (залежить від температури). У загальному виглядізалежність теплоємності твердих тіл від температури в інтервалі 0 – 290К у більшості випадків добре передається напівемпіричним рівнянням Дебая (для кристалічних ґрат) у сфері низьких температур

C Р » C V = eT 3 (5.58)

у якому коефіцієнт пропорційності (e) залежить від природи речовини (емпірична константа).

Залежність теплоємності газів, рідин і твердих тіл від температури при звичайних і високих температурах прийнято виражати за допомогою емпіричних рівнянь, що мають вигляд статечних рядів:

Р = a + bT + cT 2 (5.59)

Р = a + bT + c"T -2 , (5.60)

де a, b, c та c" - емпіричні температурні коефіцієнти.

Повертаючись до опису процесів у закритих системах із залученням методу теплоємностей, запишемо деякі рівняння, наведені у параграфі 5.1, у дещо іншому вигляді.

Ізохорний процес. Виражаючи внутрішню енергію (5.27) через теплоємність, отримаємо

dU V = dQ V = U 2 - U 1 = C V dT = C V dT. (5.61)

З огляду на те, що теплоємність ідеального газу залежить від температури, рівняння (5.61) можна записати так:

DU V = Q V = U 2 - U 1 = C V DT. (5.62)

Щоб обчислити значення інтеграла (5.61) для реальних одно- та багатоатомних газів, треба знати конкретний вид функціональної залежності C V = f(T) типу (5.59) або (5.60).

Ізобарний процес.Для газоподібного стану речовини перший закон термодинаміки (5.29) для цього процесу з урахуванням запису роботи розширення (5.35) та з використанням методу теплоємностей записується так:

Q Р = С V DT + RDT = C Р DT = DH (5.63)

Q Р = DH Р = H 2 - H 1 = C Р dT. (5.64)

Якщо система є ідеальним газом і теплоємність СР не залежить від температури, співвідношення (5.64) перетворюється на (5.63). Для розв'язання рівняння (5.64), що описує реальний газ, необхідно знати конкретний вид залежності C p = f(T).

Ізотермічний процес.Зміна внутрішньої енергії ідеального газу в процесі, що протікає за постійної температури

dUT = C V dT = 0. (5.65)

Адіабатичний процес.Так як dU = C V dT, то для одного молячи ідеального газу зміна внутрішньої енергії і робота дорівнює відповідно:

DU = C V dT = C V (T 2 - T 1); (5.66)

А хутро = -DU = CV (T 1 - T 2). (5.67)

Аналіз рівнянь, що характеризують різні термодинамічні процеси за умов: 1) p = сonst; 2) V = сonst; 3) T = сonst та 4) dQ = 0 показує, що всі вони можуть бути представлені загальним рівнянням:

pV n = сonst. (5.68)

У цьому рівнянні показник "n" може приймати значення від 0 до для різних процесів:

1. ізобарного (n = 0);

2. ізотермічний (n = 1);

3. ізохорного (n = ¥);

4. адіабатичного (n = g; де g = C Р / C V - адіабатичний коефіцієнт).

Отримані співвідношення справедливі для ідеального газу і є наслідком його рівняння стану, а розглянуті процеси - приватні та граничні прояви реальних процесів. Реальні процеси, як правило, є проміжними, протікають при довільних значеннях "n" і отримали назву політропних процесів.

Якщо порівняти роботу розширення ідеального газу, що виробляється в розглянутих термодинамічних процесах, зі зміною обсягу від V 1 до V 2 то, як видно з рис. 5.2, найбільша роботарозширення відбувається в ізобарному процесі, менша – в ізотермічному та ще менша – в адіабатичному. Для ізохорного процесу робота дорівнює нулю.

Мал. 5.2. P = f (V) -залежність для різних термодинамічних процесів (заштриховані області характеризують роботу розширення у відповідному процесі)

Транспортна енергетика (холодотранспорт) Вологість повітря. Теплоємність та ентальпія повітря

Вологість повітря. Теплоємність та ентальпія повітря

Атмосферне повітря є сумішшю сухого повітря і водяної пари (від 0,2% до 2,6%). Таким чином, повітря практично завжди можна розглядати як вологе.

Механічна суміш сухого повітря з водяною парою називається вологим повітрямабо повітряно-паровою сумішшю. Максимально можливий вміст пароподібної вологи в повітрі m п.нзалежить від температури tта тиску Pсуміші. При зміні tі Pповітря може перейти з спочатку ненасиченого в стан насичення водяними парами, і тоді надлишкова волога почне випадати в газовому об'ємі і на поверхнях, що огороджують, у вигляді туману, інею або снігу.

Основними параметрами, що характеризують стан вологого повітря, є: температура, тиск, питомий об'єм, вміст вологи, абсолютна і відносна вологість, молекулярна маса, газова постійна, теплоємність і ентальпія.

За законом Дальтона для газових сумішей повний тиск вологого повітря (Р)є сума парціальних тисків сухого повітря Р c і водяної пари Р п: Р = Р c + Р п.

Аналогічно, обсяг V та маса m вологого повітря буде визначатися співвідношеннями:

V = V c + V п, m = m c + m п.

густинаі питомий обсяг вологого повітря (v)визначається:

Молекулярна маса вологого повітря:

де В – барометричний тиск.

Оскільки в процесі сушіння вологість повітря безперервно збільшується, а кількість сухого повітря в пароповітряній суміші залишається постійним, то про процес сушіння судять по тому, як змінюється кількість водяної пари на 1 кг сухого повітря, і всі показники пароповітряної суміші (тепломісткість, вміст вологи, ентальпія і ін) відносять до 1 кг сухого повітря, що знаходиться у вологому повітрі.

d = m п / m c , г/кг, або Х = m п / m c .

Абсолютна вологість повітря- Маса пари в 1 м 3 вологого повітря. Ця величина чисельно дорівнює.

Відносна вологість повітря -це відношення абсолютної вологості ненасиченого повітря до абсолютної вологості насиченого повітря за заданих умов:

тут, але частіше відносну вологість задають у відсотках.

Для щільності вологого повітря справедливе співвідношення:

Питома теплоємністьвологого повітря:

c = c c + c x d/1000 = c + c x x, кДж/(кг× °С),

де c - питома теплоємність сухого повітря, c = 1,0;

з п - питома теплоємність пари; з п = 1,8.

Теплоємність сухого повітря при постійному тиску та невеликих інтервалах температур (до 100 про С) для наближених розрахунків можна вважати постійною, що дорівнює 1,0048 кДж/(кг×°С). Для перегрітої пари середня ізобарна теплоємність при атмосферному тискуі невисоких ступенях перегріву може бути прийнято також постійною та рівною 1,96 кДж/(кг×К).

Ентальпія (i) вологого повітря- це один з основних його параметрів, який широко застосовується при розрахунках сушильних установок головним чином для визначення теплоти, що витрачається на випаровування вологи з матеріалів, що підсушуються. Ентальпію вологого повітря відносять до одного кілограма сухого повітря в пароповітряній суміші та визначають як суму ентальпій сухого повітря та водяної пари, тобто

i = ic + i п ×Х, кДж/кг.

При розрахунку ентальпії сумішей початкова точкавідліку ентальпій кожного з компонентів має бути однією і тією ж. Для розрахунків вологого повітря можна прийняти, що ентальпія води дорівнює нулю при 0 про С, тоді і ентальпію сухого повітря також відраховуємо від 0 про С, тобто i = з *t = 1,0048t.

Лабораторна робота №1

Визначення масової ізобарної

теплоємності повітря

Теплоємність - це теплота, яку необхідно підвести до одиничної кількості речовини, щоб нагріти її на 1 К. Одиничну кількість речовини можна виміряти в кілограмах, кубометрах за нормальних фізичних умов та кіло молях. Кіломоль газу – це маса газу в кілограмах, чисельно рівна його молекулярній масі. Таким чином, існує три види теплоємностей: масова c, Дж/(кг⋅К); об'ємна с′, Дж/(м3⋅К) та мольна , Дж/(кмоль⋅К). Оскільки кіломоль газу має масу в μ разів більше за один кілограм, окремого позначення для мольної теплоємності не вводять. Співвідношення між теплоємностями:

де = 22,4 м3/кмоль – об'єм кіломолю ідеального газу за нормальних фізичних умов; – щільність газу за нормальних фізичних умов, кг/м3.

Справжня теплоємність газу – це похідна від теплоти за температурою:

Підведена до газу теплота залежить від термодинамічного процесу. Вона може бути визначена за першим законом термодинаміки для ізохорного та ізобарного процесів:

Тут теплота, підведена до 1 кг газу в ізобарному процесі; - Зміна внутрішньої енергії газу; - Робота газів проти зовнішніх сил.

Фактично формула (4) формулює 1-е початок термодинаміки, звідки слідує рівняння Майера:

Якщо покласти = 1 К, то , тобто фізичний сенсгазової постійної – це робота 1 кг газу в ізобарному процесі за зміни його температури на 1 К.

Рівняння Майєра для 1 кіло моль газу має вигляд

де = 8314 Дж/(кмоль⋅К) – універсальна постійна газова.

Крім рівняння Майєра, ізобарна та ізохорна масові теплоємності газів пов'язані між собою через показник адіабати k (табл.1):

Таблиця 1.1

Значення показників адіабати для ідеальних газів

Атомність газів
Одноатомні гази
Двохтомні гази
Трьох - і багатоатомні гази

МЕТА РОБОТИ

Закріплення теоретичних знань за основними законами термодинаміки. Практичне освоєння методу визначення теплоємності повітря з урахуванням енергетичного балансу.

Експериментальне визначення питомої масової теплоємності повітря та зіставлення отриманого результату з довідковим значенням.

1.1. Опис лабораторної установки

Установка (рис. 1.1) складається з латунної труби 1 внутрішнім діаметром d =
= 0,022 м, на кінці якої розташований електронагрівас тепловою ізоляцією 10. Усередині труби рухається потік повітря, який подається 3. Витрата повітря може регулюватися зміною числа обертів вентилятора. У трубі 1 встановлена ​​трубка повного напору 4 і надлишкового статичного тиску 5, які приєднані до манометрів 6 і 7. Крім того, трубі 1 встановлена ​​термопара 8, яка може переміщатися по перерізу одночасно з трубкою повного напору. Величина ЕРС термопари визначається по потенціометру 9. Нагрів повітря, що рухається трубою, регулюється за допомогою лабораторного автотрансформатора 12 шляхом зміни потужності нагрівача, яка визначається за показаннями амперметра 14 і вольтметра 13. Температура повітря на виході з нагрівача визначається термометром 1.

1.2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТУ

Тепловий потік нагрівача, Вт:

де I - Струм, А; U - напруга, В; = 0,96; =
= 0,94 – коефіцієнт теплових втрат.

Рис.1.1. Схема експериментальної установки:

1 – труба; 2 – конфузор; 3 – вентилятор; 4 – трубка для вимірювання динамічного тиску;

5 – патрубок; 6, 7 – дифманометри; 8 – термопара; 9 – потенціометр; 10 – ізоляція;

11 - електронагрівач; 12 – лабораторний автотрансформатор; 13 – вольтметр;

14 – амперметр; 15 – термометр

Тепловий потік, сприйнятий повітрям, Вт:

де m – масова витрата повітря, кг/с; - Експериментальна, масова ізобарна теплоємність повітря, Дж/(кг К); – температура повітря на виході з нагрівального ділянки та на вході до нього, °С.

Масова витрата повітря, кг/с:

. (1.10)

Тут – Середня швидкістьповітря у трубі, м/с; d – внутрішній діаметр труби, м; - Щільність повітря при температурі, яка знаходиться за формулою, кг/м3:

, (1.11)

де = 1,293 кг/м3 – щільність повітря за нормальних фізичних умов; B – тиск, мм. рт. ст; - Надлишковий статичний тиск повітря в трубі, мм. вод. ст.

Швидкості повітря визначаються за динамічним натиском у чотирьох рівновеликих перерізах, м/с:

де – динамічний тиск, мм. вод. ст. (кгс/м2); g = 9,81 м/с2 – прискорення вільного падіння.

Середня швидкість повітря в перерізі труби, м/с:

Середня ізобарна масова теплоємність повітря визначається з формули (1.9), яку тепловий потік підставляється з рівняння (1.8). Точне значення теплоємності повітря за середньої температури повітря знаходиться за таблицею середніх теплоємностей або за емпіричною формулою, Дж/(кг⋅К):

. (1.14)

Відносна похибка експерименту, %:

. (1.15)

1.3. Проведення експерименту та обробка

результатів вимірів

Експеримент проводиться у наступній послідовності.

1. Включається лабораторний стенд і після встановлення стаціонарного режиму знімаються такі показання:

Динамічний напір повітря у чотирьох точках рівновеликих перерізів труби;

Надлишковий статичний тиск повітря в трубі;

Струм I, А та напруга U, В;

Температура повітря на вході, °С (термопара 8);

Температура на виході, °С (термометр 15);

Барометричний тиск B, мм. рт. ст.

Експеримент повторюється для наступного режиму. Результати вимірювань заносяться до табл.1.2. Розрахунки виконуються у табл. 1.3.

Таблиця 1.2

Таблиця вимірів

	Найменування величини
	Температура повітря на вході, °C
	Температура повітря на виході, °C
	Динамічний напір повітря, мм. вод. ст.
	Надлишковий статичний тиск повітря, мм. вод. ст.
	Барометричний тиск B, мм. рт. ст.
	Напруга U, В

Таблиця 1.3

Таблиця розрахунків

	Найменування величин
	Динамічний напір, Н/м2
	Середня температура потоку на вході, °C

Розглянуто основні фізичні властивості повітря: щільність повітря, його динамічна та кінематична в'язкість, питома теплоємність, теплопровідність, температуропровідність, число Прандтля та ентропія. Властивості повітря наведені в таблицях залежно від температури при нормальному атмосферному тиску.

Щільність повітря в залежності від температури

Наведено докладну таблицю значень щільності повітря в сухому стані при різних температурах і нормальному атмосферному тиску. Чому дорівнює густина повітря? Аналітично визначити густину повітря можна, якщо розділити його масу на об'єм, який він займаєза заданих умов (тиск, температура та вологість). Також можна обчислити його густину за формулою рівняння стану ідеального газу. Для цього необхідно знати абсолютний тиск та температуру повітря, а також його газову постійну та молярний об'єм. Це рівняння дозволяє обчислити густину повітря в сухому стані.

На практиці, щоб дізнатися яка щільність повітря при різних температурах, зручно користуватися готовими таблицями. Наприклад, наведеною таблицею значень густини атмосферного повітрязалежно від температури. Щільність повітря в таблиці виражена в кілограмах кубічний метрі дана в інтервалі температури від мінус 50 до 1200 градусів Цельсія за нормального атмосферного тиску (101325 Па).

Щільність повітря в залежності від температури - таблиця

t, °С	ρ, кг/м 3	t, °С	ρ, кг/м 3	t, °С	ρ, кг/м 3	t, °С	ρ, кг/м 3
-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°С повітря має густину 1,185 кг/м 3 .При нагріванні густина повітря знижується - повітря розширюється (його питомий обсяг збільшується). Зі зростанням температури, наприклад до 1200°С, досягається дуже низька щільність повітря, що дорівнює 0,239 кг/м 3 , що в 5 разів менше за її значення при кімнатній температурі. У загальному випадку зниження при нагріванні дозволяє проходити такому процесу, як природна конвекція і застосовується, наприклад, в повітроплаванні.

Якщо порівняти щільність повітря відносно повітря, то повітря легше на три порядки — при температурі 4°С щільність води дорівнює 1000 кг/м 3 , а щільність повітря становить 1,27 кг/м 3 . Необхідно також відзначити значення густини повітря за нормальних умов. Нормальними умовами для газів є такі, за яких їхня температура дорівнює 0°С, а тиск дорівнює нормальному атмосферному. Таким чином, згідно з таблицею, щільність повітря за нормальних умов (при НУ) дорівнює 1,293 кг/м 3.

Динамічна та кінематична в'язкість повітря при різних температурах

При виконанні теплових розрахунків необхідно знати значення в'язкості повітря (коефіцієнта в'язкості) за різної температури. Ця величина потрібна обчислення числа Рейнольдса, Грасгофа, Релея, значення яких визначають режим течії цього газу. У таблиці наведено значення коефіцієнтів динамічної μ та кінематичної ν в'язкості повітря в діапазоні температури від -50 до 1200 ° С при атмосферному тиску.

Коефіцієнт в'язкості повітря із зростанням його температури значно збільшується.Наприклад, кінематична в'язкість повітря дорівнює 15,06 · 10 -6 м 2 / с при температурі 20 ° С, а зі зростанням температури до 1200 ° С в'язкість повітря становить 233,7 · 10 -6 м 2 / с, тобто збільшується у 15,5 разів! Динамічна в'язкість повітря за нормальної температури 20°З дорівнює 18,1·10 -6 Па·с.

При нагріванні повітря збільшуються значення як кінематичної, і динамічної в'язкості. Ці дві величини пов'язані між собою через величину густини повітря, значення якої зменшується при нагріванні цього газу. Збільшення кінематичної та динамічної в'язкості повітря (як і інших газів) при нагріванні пов'язане з більш інтенсивним коливанням молекул повітря навколо їх рівноважного стану (згідно з МКТ).

Динамічна та кінематична в'язкість повітря за різних температур — таблиця

t, °С	μ·10 6 , Па·с	ν·10 6 , м 2 /с	t, °С	μ·10 6 , Па·с	ν·10 6 , м 2 /с	t, °С	μ·10 6 , Па·с	ν·10 6 , м 2 /с
-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

Примітка: Будьте уважні! В'язкість повітря дана в ступені 106.

Питома теплоємність повітря за температури від -50 до 1200°С

Подано таблицю питомої теплоємності повітря при різних температурах. Теплоємність у таблиці дана при постійному тиску (ізобарна теплоємність повітря) в інтервалі температури від мінус 50 до 1200°З повітря в сухому стані. Чому дорівнює питома теплоємність повітря? Величина питомої теплоємності визначає кількість тепла, яке необхідно підвести до одного кілограма повітря при постійному тиску збільшення його температури на 1 градус. Наприклад, при 20°С для нагрівання 1 кг цього газу на 1°С в ізобарному процесі потрібно підвести 1005 Дж тепла.

Питома теплоємність повітря зростає зі зростанням його температури.Проте залежність масової теплоємності повітря від температури не лінійна. В інтервалі від -50 до 120 ° С її величина практично не змінюється - в цих умовах середня теплоємність повітря дорівнює 1010 Дж/(кг град). За даними таблиці видно, що значний вплив температура починає чинити зі значення 130°С. Проте температура повітря впливає на його питому теплоємність набагато слабше, ніж на в'язкість. Так, при нагріванні з 0 до 1200 ° С теплоємність повітря збільшується лише в 1,2 рази - з 1005 до 1210 Дж/(кг град).

Слід зазначити, що теплоємність вологого повітря вища, ніж сухого. Якщо порівняти і повітря, то очевидно, що вода має більш високе її значення і вміст води в повітрі призводить до збільшення питомої теплоємності.

Питома теплоємність повітря за різних температур — таблиця

t, °С	C p , Дж/(кг град)	t, °С	C p , Дж/(кг град)	t, °С	C p , Дж/(кг град)	t, °С	C p , Дж/(кг град)
-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

Теплопровідність, температуропровідність, число Прандтля повітря

У таблиці представлені такі фізичні властивості атмосферного повітря, як теплопровідність, температуропровідність та його число Прандтля залежно від температури. Теплофізичні властивості повітря дано в інтервалі від -50 до 1200 ° С для сухого повітря. За даними таблиці видно, що зазначені властивості повітря суттєво залежать від температури та температурна залежність розглянутих властивостей цього газу різна.

Яке необхідне зміни температури робочого тіла, у разі, повітря, на градус. Теплоємність повітря безпосередньо залежить від температури та тиску. При цьому для дослідження різних видів теплоємності можуть застосовуватись різні методи.

Математично теплоємність повітря виражається як відношення кількості тепла до збільшення його температури. Теплоємність тіла, що має масу 1 кг, прийнято називати питомою. Молярна теплоємність повітря – теплоємність одного молячи речовини. Позначається теплоємність – Дж/К. Молярна теплоємність відповідно Дж/(моль*К).

Теплоємність можна вважати фізичною характеристикою будь-якої речовини, в даному випадку повітря, у тому випадку, якщо вимір проводиться у постійних умовах. Найчастіше такі вимірювання проводяться при постійному тиску. Так визначається ізобарна теплоємність повітря. Вона зростає зі збільшенням температури і тиску, а також лінійною функцієюданих величин. У цьому випадку зміна температури відбувається за постійного тиску. Для розрахунку ізобарної теплоємності необхідно визначити псевдокритичну температуру та тиск. Вона визначається з використанням довідкових даних.

Теплоємність повітря. Особливості

Повітря є газовою сумішшю. При розгляді в термодинаміці прийняті такі припущення. Кожен газ у складі суміші має бути рівномірно розподілений по всьому обсягу. Таким чином, обсяг газу дорівнює обсягу всієї суміші. Кожен газ у складі суміші має свій парціальний тиск, який він чинить на стінки судини. Кожен із компонентів газової суміші повинен мати температуру, рівну температурі всієї суміші. При цьому сума парціального тиску всіх компонентів дорівнює тиску суміші. Розрахунок теплоємності повітря виконується на основі даних про склад газової суміші та теплоємності окремих компонентів.

Теплоємність неоднозначно характеризує речовину. З першого закону термодинаміки можна дійти невтішного висновку, що внутрішня енергія тіла змінюється у залежність від кількості отриманого тепла, а й від досконалої тілом роботи. За різних умов перебігу процесу теплопередачі робота тіла може різнитися. Таким чином, однакове повідомлене тілу кількість теплоти може викликати різні за значенням зміни температури та внутрішньої енергії тіла. Ця особливість характерна лише для газоподібних речовин. На відміну від твердих і рідких тіл, газоподібні речовини можуть сильно змінювати об'єм і виконувати роботу. Саме тому теплоємність повітря визначає характер самого термодинамічного процесу.

Однак при постійному обсязі повітря не виконує роботи. Тому зміна внутрішньої енергії пропорційно до зміни його температури. Відношення теплоємності в процесі з постійним тиском до теплоємності в процесі з постійним об'ємом є частиною формули адіабатного процесу. Воно позначається грецькою літерою гамма.

З історії

Терміни «тепломісткість» і «кількість теплоти» не дуже успішно описують свою суть. Пов'язано це з тим, що вони прийшли до сучасну наукуз теорії теплороду, яка була популярна у вісімнадцятому столітті. Послідовники цієї теорії розглядали теплоту як таку собі невагому речовину, яка міститься в тілах. Ця речовина не може бути знищена, ні створена. Охолодження та нагрівання тіл пояснювали зменшенням або збільшенням вмісту теплороду відповідно. Згодом ця теорія була визнана неспроможною. Вона не могла пояснити, чому однакова зміна внутрішньої енергії будь-якого тіла виходить при передачі йому різної кількості теплоти, а також залежить від роботи, що здійснюється тілом.