Əsas fiziki xassələri hava: havanın sıxlığı, onun dinamik və kinematik özlülüyü, xüsusi istilik tutumu, istilik keçiriciliyi, istilik diffuziyası, Prandtl sayı və entropiya. Havanın xassələri normal atmosfer təzyiqində temperaturdan asılı olaraq cədvəllərdə verilmişdir.

Temperaturdan asılı olaraq havanın sıxlığı

Müxtəlif temperaturlarda və normal atmosfer təzyiqində quru hava sıxlığı dəyərlərinin ətraflı cədvəli təqdim olunur. Havanın sıxlığı nədir? Havanın sıxlığını onun kütləsini tutduğu həcmə bölmək yolu ilə analitik olaraq təyin etmək olar. verilmiş şəraitdə (təzyiq, temperatur və rütubət). İdeal qaz vəziyyəti tənliyinin düsturundan istifadə edərək onun sıxlığını da hesablaya bilərsiniz. Bunun üçün havanın mütləq təzyiqini və temperaturunu, həmçinin qaz sabitini və molar həcmini bilmək lazımdır. Bu tənlik havanın quru sıxlığını hesablamağa imkan verir.

Təcrübədə, müxtəlif temperaturlarda havanın sıxlığının nə olduğunu öyrənmək, hazır masalardan istifadə etmək rahatdır. Məsələn, verilmiş sıxlıq dəyərləri cədvəli atmosfer havası onun temperaturundan asılı olaraq. Cədvəldəki hava sıxlığı hər kubmetr üçün kiloqramla ifadə edilir və normal atmosfer təzyiqində (101325 Pa) mənfi 50 ilə 1200 dərəcə Selsi temperatur aralığında verilir.

Temperaturdan asılı olaraq havanın sıxlığı - cədvəl

t, °С	ρ, kq/m 3	t, °С	ρ, kq/m 3	t, °С	ρ, kq/m 3	t, °С	ρ, kq/m 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

25°C-də havanın sıxlığı 1,185 kq/m3 təşkil edir. Qızdırıldıqda havanın sıxlığı azalır - hava genişlənir (onun xüsusi həcmi artır). Temperatur artdıqca, məsələn, 1200 ° C-ə qədər, çox aşağı hava sıxlığı əldə edilir, 0,239 kq/m3-ə bərabərdir ki, bu da otaq temperaturunda dəyərindən 5 dəfə azdır. Ümumiyyətlə, istilik zamanı azalma təbii konveksiya kimi bir prosesin baş verməsinə imkan verir və məsələn, aeronavtikada istifadə olunur.

Havanın sıxlığını -ə nisbətən müqayisə etsək, onda hava üç dərəcə yüngüldür - 4°C temperaturda suyun sıxlığı 1000 kq/m3, havanın sıxlığı isə 1,27 kq/m3-dir. Normal şəraitdə hava sıxlığının dəyərini də qeyd etmək lazımdır. Qazlar üçün normal şərait onların temperaturu 0°C və təzyiqi normal atmosfer təzyiqinə bərabər olan şəraitdir. Beləliklə, cədvələ əsasən, normal şəraitdə hava sıxlığı (NL-də) 1,293 kq/m3 təşkil edir.

Müxtəlif temperaturlarda havanın dinamik və kinematik özlülüyü

İstilik hesablamalarını apararkən, müxtəlif temperaturlarda havanın özlülüyünün (özlülük əmsalı) dəyərini bilmək lazımdır. Bu dəyər Reynolds, Grashof və Rayleigh nömrələrini hesablamaq üçün tələb olunur, onların dəyərləri bu qazın axını rejimini təyin edir. Cədvəl dinamik əmsalların dəyərlərini göstərir μ və kinematik ν atmosfer təzyiqində -50 ilə 1200 ° C arasında olan temperatur aralığında havanın özlülüyü.

Havanın özlülük əmsalı temperaturun artması ilə əhəmiyyətli dərəcədə artır. Məsələn, havanın kinematik özlülüyü 20°C temperaturda 15,06 10 -6 m 2/s, temperaturun 1200°C-ə qədər artması ilə havanın özlülüyü 233,7 10 -6 m-ə bərabər olur. 2 /s, yəni 15,5 dəfə artır! 20°C temperaturda havanın dinamik viskozitesi 18,1·10 -6 Pa·s təşkil edir.

Hava qızdırıldıqda həm kinematik, həm də dinamik özlülük dəyərləri artır. Bu iki kəmiyyət bir-biri ilə bu qazın qızdırıldığı zaman dəyəri azalan hava sıxlığı vasitəsilə bağlıdır. Qızdırıldıqda havanın (eləcə də digər qazların) kinematik və dinamik viskozitesinin artması, tarazlıq vəziyyəti ətrafında hava molekullarının daha sıx vibrasiyası ilə əlaqələndirilir (MKT-yə görə).

Müxtəlif temperaturlarda havanın dinamik və kinematik viskozitesi - cədvəl

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

Qeyd: Ehtiyatlı olun! Hava viskozitesi 10 6 gücünə verilir.

-50 ilə 1200°C arasında olan temperaturda havanın xüsusi istilik tutumu

Müxtəlif temperaturlarda havanın xüsusi istilik tutumunun cədvəli təqdim olunur. Cədvəldəki istilik tutumu quru vəziyyətdə olan hava üçün mənfi 50 ilə 1200 ° C arasında olan temperatur intervalında sabit təzyiqdə (havanın izobarik istilik tutumu) verilmişdir. Havanın xüsusi istilik tutumu nədir? Xüsusi istilik tutumu bir kiloqram havanın temperaturunu 1 dərəcə artırmaq üçün sabit təzyiqdə ona verilməli olan istilik miqdarını təyin edir. Məsələn, 20°C-də bu qazın 1 kq-nı izobar prosesdə 1°C-ə qədər qızdırmaq üçün 1005 J istilik lazımdır.

Havanın xüsusi istilik tutumu temperaturun artması ilə artır. Bununla belə, havanın kütləvi istilik tutumunun temperaturdan asılılığı xətti deyil. -50 ilə 120°C aralığında onun dəyəri praktiki olaraq dəyişmir - bu şəraitdə havanın orta istilik tutumu 1010 J/(kq deq) təşkil edir. Cədvələ görə, temperaturun 130°C dəyərindən əhəmiyyətli təsir göstərməyə başladığı görülə bilər. Bununla belə, havanın temperaturu onun xüsusi istilik tutumuna özlülüyündən çox az təsir edir. Beləliklə, 0-dan 1200 ° C-ə qədər qızdırıldıqda, havanın istilik tutumu cəmi 1,2 dəfə - 1005-dən 1210 J/(kq deq) qədər artır.

Qeyd etmək lazımdır ki, rütubətli havanın istilik tutumu quru havadan daha yüksəkdir. Havanı müqayisə etsək, suyun daha yüksək dəyərə malik olduğu və havadakı suyun tərkibinin xüsusi istilik tutumunun artmasına səbəb olduğu açıqdır.

Müxtəlif temperaturlarda havanın xüsusi istilik tutumu - cədvəl

t, °С	C p , J/(kq dərəcə)	t, °С	C p , J/(kq dərəcə)	t, °С	C p , J/(kq dərəcə)	t, °С	C p , J/(kq dərəcə)
-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

İstilik keçiriciliyi, istilik diffuziyası, havanın Prandtl sayı

Cədvəldə atmosfer havasının istilik keçiriciliyi, istilik diffuziyası və temperaturdan asılı olaraq Prandtl sayı kimi fiziki xassələri verilmişdir. Havanın termofiziki xassələri quru hava üçün -50 ilə 1200°C aralığında verilmişdir. Cədvəldən görünür ki, havanın göstərilən xassələri temperaturdan əhəmiyyətli dərəcədə asılıdır və bu qazın nəzərdən keçirilən xassələrinin temperaturdan asılılığı fərqlidir.

1 nömrəli laboratoriya işi

Kütləvi izobarın tərifi

havanın istilik tutumu

İstilik tutumu maddəni 1 K ilə qızdırmaq üçün onun vahid miqdarına əlavə edilməli olan istilikdir. Maddənin vahid miqdarı kiloqramla, normal fiziki şəraitdə kubmetrlə və kilomolla ölçülə bilər. Bir kilomol qaz bir qazın kiloqramdakı kütləsidir və ədədi olaraq molekulyar çəkisinə bərabərdir. Beləliklə, üç növ istilik tutumu var: kütlə c, J/(kg⋅K); həcmli s′, J/(m3⋅K) və molar, J/(kmol⋅K). Bir kilomol qazın kütləsi bir kiloqramdan μ dəfə böyük olduğundan, molar istilik tutumu üçün ayrıca təyinat təqdim edilmir. İstilik tutumları arasındakı əlaqə:

burada = 22,4 m3/kmol – kilomolun həcmi ideal qaz normal fiziki şəraitdə; – normal fiziki şəraitdə qazın sıxlığı, kq/m3.

Qazın həqiqi istilik tutumu istiliyin temperatura görə törəməsidir:

Qaza verilən istilik termodinamik prosesdən asılıdır. İzoxorik və izobar proseslər üçün termodinamikanın birinci qanunu ilə müəyyən edilə bilər:

Budur izobar prosesdə 1 kq qaza verilən istilik; – qazın daxili enerjisinin dəyişməsi; – qazların xarici qüvvələrə qarşı işi.

Əsasən, düstur (4) termodinamikanın 1-ci qanununu formalaşdırır, ondan Mayer tənliyi aşağıdakı kimidir:

= 1 K qoysaq, deməli, qaz sabitinin fiziki mənası 1 kq qazın temperaturu 1 K dəyişdikdə izobar prosesdə gördüyü işdir.

1 kilomol qaz üçün Mayer tənliyi formaya malikdir

burada = 8314 J/(kmol⋅K) universal qaz sabitidir.

Mayer tənliyinə əlavə olaraq, qazların izobar və izoxorik kütlə istilik tutumları adiabatik eksponent k vasitəsilə bir-biri ilə əlaqələndirilir (Cədvəl 1):

Cədvəl 1.1

İdeal qazlar üçün adiabatik eksponentlərin dəyərləri

Qazların atomluğu
Monatomik qazlar
İki atomlu qazlar
Üç və çox atomlu qazlar

İŞİN MƏQSƏDİ

Termodinamikanın əsas qanunları üzrə nəzəri biliklərin möhkəmləndirilməsi. Enerji balansı əsasında havanın istilik tutumunun təyini metodunun praktiki inkişafı.

Havanın xüsusi kütlə istilik tutumunun eksperimental təyini və alınan nəticənin istinad dəyəri ilə müqayisəsi.

1.1. Laboratoriya qurğusunun təsviri

Quraşdırma (şəkil 1.1) daxili diametri d = olan mis borudan 1 ibarətdir
= 0,022 m, sonunda istilik izolyasiyası olan bir elektrik qızdırıcısı var 10. Borunun içərisində bir hava axını hərəkət edir, bu da tədarük edilir 3. Hava axını fan sürətinin dəyişdirilməsi ilə tənzimlənə bilər. Boru 1-də tam təzyiq borusu 4 və artıq statik təzyiq 5 var ki, onlar 6 və 7-ci manometrlərə birləşdirilir. Bundan əlavə, boru 1-də tam təzyiq borusu ilə eyni vaxtda en kəsiyi boyunca hərəkət edə bilən termocüt 8 quraşdırılır. Termocütün emf-nin böyüklüyü potensiometr 9 ilə müəyyən edilir. Boru ilə hərəkət edən havanın qızdırılması ampermetr 14 və voltmetr 13-ün oxunuşları ilə müəyyən edilən qızdırıcının gücünü dəyişdirərək laboratoriya avtotransformatoru 12 istifadə edərək tənzimlənir. Qızdırıcının çıxışındakı havanın temperaturu termometr 15 ilə müəyyən edilir.

1.2. EKSPERİMENTAL PROSEDUR

Qızdırıcının istilik axını, W:

burada I – cərəyan, A; U – gərginlik, V; = 0,96; =
= 0,94 – istilik itkisi əmsalı.

Şəkil 1.1. Eksperimental quraşdırma diaqramı:

1 - boru; 2 - qarışdırıcı; 3 - fan; 4 – dinamik təzyiqin ölçülməsi üçün boru;

5 - boru; 6, 7 – diferensial təzyiqölçənlər; 8 - termocüt; 9 – potensiometr; 10 - izolyasiya;

11 – elektrik qızdırıcısı; 12 – laboratoriya avtotransformatoru; 13 - voltmetr;

14 - ampermetr; 15 - termometr

Hava tərəfindən udulmuş istilik axını, W:

burada m – kütləvi hava axını, kq/s; – eksperimental, havanın kütləvi izobar istilik tutumu, J/(kq K); – istilik bölməsindən çıxışda və ona girişdə havanın temperaturu, °C.

Kütləvi hava axını, kq/s:

. (1.10)

Burada boruda orta hava sürəti, m/s; d – borunun daxili diametri, m; – düsturla tapılan temperaturda havanın sıxlığı, kq/m3:

, (1.11)

burada = 1,293 kq/m3 – normal fiziki şəraitdə havanın sıxlığı; B - təzyiq, mm. rt. st; – boruda artıq statik hava təzyiqi, mm. su İncəsənət.

Hava sürətləri dörd bərabər hissədə dinamik təzyiqlə müəyyən edilir, m/s:

dinamik təzyiq haradadır, mm. su İncəsənət. (kqf/m2); g = 9,81 m/s2 – sərbəst düşmə sürəti.

Borunun en kəsiyində orta hava sürəti, m/s:

Havanın orta izobar kütləvi istilik tutumu (1.9) düsturundan müəyyən edilir, burada istilik axını tənlik (1.8) ilə əvəz olunur. Orta hava temperaturunda havanın istilik tutumunun dəqiq qiyməti orta istilik tutumları cədvəlindən və ya empirik düsturdan J/(kg⋅K) ilə tapılır:

. (1.14)

Təcrübənin nisbi xətası, %:

. (1.15)

1.3. Təcrübənin aparılması və emal edilməsi

ölçmə nəticələri

Təcrübə aşağıdakı ardıcıllıqla aparılır.

1. Laboratoriya stendi işə salınır və stasionar rejim qurulduqdan sonra aşağıdakı göstəricilər götürülür:

Bərabər boru hissələrinin dörd nöqtəsində dinamik hava təzyiqi;

Boruda həddindən artıq statik hava təzyiqi;

Cari I, A və gərginlik U, V;

Giriş havasının temperaturu, °C (termocüt 8);

Çıxış temperaturu, °C (termometr 15);

Barometrik təzyiq B, mm. rt. İncəsənət.

Təcrübə növbəti rejim üçün təkrarlanır. Ölçmə nəticələri Cədvəl 1.2-yə daxil edilmişdir. Hesablamalar cədvəldə aparılır. 1.3.

Cədvəl 1.2

Ölçmə cədvəli

	Kəmiyyətin adı
	Hava giriş temperaturu, °C
	Çıxış havasının temperaturu, °C
	Dinamik hava təzyiqi, mm. su İncəsənət.
	Həddindən artıq statik hava təzyiqi, mm. su İncəsənət.
	Barometrik təzyiq B, mm. rt. İncəsənət.
	Gərginlik U, V

Cədvəl 1.3

Hesablama cədvəli

	Kəmiyyətlərin adı
	Dinamik təzyiq, N/m2
	Orta giriş axını temperaturu, °C

Altında xüsusi istilik tutumu maddələr, temperaturunu bir dərəcə dəyişmək üçün maddənin vahidinə (1 kq, 1 m 3, 1 mol) əlavə edilməli və ya çıxılmalı olan istilik miqdarını başa düşür.

Müəyyən bir maddənin vahidindən asılı olaraq aşağıdakı xüsusi istilik tutumları fərqləndirilir:

Kütləvi istilik tutumu İLƏ, 1 kq qaza aiddir, J/(kg∙K);

Molar istilik tutumu μС, 1 kmol qaza istinad edilir, J/(kmol∙K);

Volumetrik istilik tutumu İLƏ', 1 m 3 qaza aiddir, J/(m 3 ∙K).

Xüsusi istilik tutumları bir-biri ilə əlaqə ilə bağlıdır:

Harada υ n- normal şəraitdə qazın xüsusi həcmi (n.s.), m 3 /kq; µ - molar kütlə qaz, kq/kmol.

İdeal qazın istilik tutumu istiliyin verilməsi (və ya çıxarılması) prosesinin xarakterindən, qazın atomluğundan və temperaturdan (real qazların istilik tutumu da təzyiqdən asılıdır) asılıdır.

Kütləvi izobarik əlaqə P ilə birlikdə və izoxorik CVİstilik tutumları Mayer tənliyi ilə müəyyən edilir:

C P - C V = R, (1.2)

Harada R – qaz sabiti, J/(kg∙K).

İdeal qaz sabit həcmli qapalı qabda qızdırıldıqda istilik yalnız onun molekullarının hərəkət enerjisinin dəyişdirilməsinə sərf olunur, sabit təzyiqdə qızdırıldığında isə qazın genişlənməsi hesabına eyni vaxtda xarici qüvvələrə qarşı iş aparılır. .

Molar istilik tutumları üçün Mayer tənliyi formaya malikdir:

μС р - μС v = µR, (1.3)

Harada µR=8314J/(kmol∙K) – universal qaz sabiti.

İdeal qaz həcmi V n, normal şəraitə endirilmiş, aşağıdakı əlaqə ilə müəyyən edilir:

(1.4)

Harada R n- normal şəraitdə təzyiq; R n= 101325 Pa = 760 mmHg; Tn- normal şəraitdə temperatur; Tn= 273,15 K; P t, Vt, T t– qazın iş təzyiqi, həcmi və temperaturu.

İzobarın izoxorik istilik tutumuna nisbəti ilə işarələnir k və zəng edin adiabatik indeks:

(1.5)

(1.2)-dən və (1.5) nəzərə alınmaqla əldə edirik:

Dəqiq hesablamalar üçün orta istilik tutumu düsturla müəyyən edilir:

(1.7)

Müxtəlif avadanlıqların istilik hesablamalarında qazları qızdırmaq və ya soyutmaq üçün tələb olunan istilik miqdarı tez-tez müəyyən edilir:

Q = C∙m∙(t 2 - t 1), (1.8)

Q = C′∙V n∙(t 2 - t 1), (1.9)

Harada V n– standart şəraitdə qazın həcmi, m3.

Q = µC∙ν∙(t 2 - t 1), (1.10)

Harada ν – qazın miqdarı, kmol.

İstilik tutumu. Qapalı sistemlərdə prosesləri təsvir etmək üçün istilik tutumundan istifadə

(4.56) tənliyinə uyğun olaraq, sistemin S entropiyasının dəyişməsi məlum olarsa, istilik müəyyən edilə bilər. Lakin entropiyanın birbaşa ölçülə bilməməsi, xüsusən də izoxorik və izobar prosesləri təsvir edərkən bəzi çətinliklər yaradır. Eksperimental olaraq ölçülmüş bir kəmiyyətdən istifadə edərək istilik miqdarını təyin etmək lazımdır.

Bu dəyər sistemin istilik tutumu ola bilər. Ən çox ümumi tərif istilik tutumu termodinamikanın birinci qanununun (5.2), (5.3) ifadəsindən irəli gəlir. Buna əsasən, m tipli işə münasibətdə C sisteminin istənilən tutumu tənliklə müəyyən edilir

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

burada C m sistemin tutumudur;

P m və g m müvafiq olaraq m tipinin ümumiləşdirilmiş potensialı və dövlət koordinatıdır.

C m qiyməti sistemin ölçü vahidi ilə m-ci ümumiləşdirilmiş potensialını dəyişmək üçün verilmiş şəraitdə m tipli işin nə qədər yerinə yetirilməli olduğunu göstərir.

Termodinamikada müəyyən bir işə münasibətdə sistemin tutumu anlayışı yalnız sistemlə ətraf mühit arasında istilik qarşılıqlı təsirini təsvir edərkən geniş istifadə olunur.

İstiliyə münasibətdə sistemin tutumu istilik tutumu adlanır və bərabərliklə verilir

C = d e Q / dT = Td e S istilik / dT. (5.43)

Beləliklə, İstilik tutumu, temperaturu bir Kelvin dəyişmək üçün sistemə verilməli olan istilik miqdarı kimi müəyyən edilə bilər.

İstilik tutumu, daxili enerji və entalpiya kimi, maddənin miqdarına mütənasib olan ekstensiv kəmiyyətdir. Praktikada bir maddənin vahid kütləsi üçün istilik tutumu istifadə olunur - xüsusi istilik tutumu, və maddənin bir mol üçün istilik tutumu, - molar istilik tutumu. SI-də xüsusi istilik tutumu J/(kq K), molyar tutum isə J/(mol K) ilə ifadə edilir.

Xüsusi və molar istilik tutumları aşağıdakı əlaqə ilə əlaqələndirilir:

C mol = C döyüntü M, (5.44)

burada M maddənin molekulyar çəkisidir.

fərqləndirmək həqiqi (diferensial) istilik tutumu, (5.43) tənliyindən müəyyən edilmiş və temperaturun sonsuz kiçik dəyişməsi ilə istiliyin elementar artımını təmsil edən və orta istilik tutumu, bu, ümumi istilik miqdarının temperaturun ümumi dəyişməsinə nisbətidir bu proses:

Q/DT. (5.45)

Həqiqi və orta xüsusi istilik tutumu arasındakı əlaqə əlaqə ilə müəyyən edilir

Sabit təzyiqdə və ya həcmdə istilik və müvafiq olaraq istilik tutumu dövlət funksiyasının xüsusiyyətlərini əldə edir, yəni. sistemin xüsusiyyətlərinə çevrilir. Məhz bu istilik tutumları - izobar C P (sabit təzyiqdə) və izoxorik C V (sabit həcmdə) termodinamikada ən çox istifadə olunur.

Sistem sabit həcmdə qızdırılırsa, (5.27) ifadəsinə uyğun olaraq izoxorik istilik tutumu C V şəklində yazılır.

C V = . (5.48)

Sistem sabit təzyiqdə qızdırılırsa, (5.32) tənliyinə uyğun olaraq izobar istilik tutumu С Р şəklində görünür.

C P = . (5.49)

С Р və С V arasında əlaqəni tapmaq üçün (5.31) ifadəsini temperatura görə fərqləndirmək lazımdır. Bir mol ideal qaz üçün (5.18) tənliyi nəzərə alınmaqla bu ifadə aşağıdakı kimi təqdim edilə bilər.

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

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

və bir mol ideal qaz üçün izobar və izoxorik istilik tutumları arasındakı fərq ədədi olaraq universal qaz sabitinə R bərabərdir:

C R - C V = R . (5.52)

Sabit təzyiqdə istilik tutumu həmişə sabit həcmdə istilik tutumundan böyükdür, çünki sabit təzyiqdə bir maddənin qızdırılması qazın genişlənməsi işi ilə müşayiət olunur.

İdeal bir atomlu qazın daxili enerjisi ifadəsindən (5.21) istifadə edərək, bir mol ideal bir atomlu qaz üçün onun istilik tutumunun qiymətini alırıq:

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)

Beləliklə, monotomik ideal qazlar üçün C V və C p temperaturdan asılı deyildir, çünki verilən bütün istilik enerjisi yalnız tərcümə hərəkətini sürətləndirməyə sərf olunur. Çox atomlu molekullar üçün tərcümə hərəkətində dəyişikliklə yanaşı, fırlanma və vibrasiyalı molekuldaxili hərəkətdə də dəyişiklik baş verə bilər. İki atomlu molekullar üçün adətən əlavə olaraq nəzərə alınır fırlanma hərəkəti, bunun nəticəsində onların istilik tutumlarının ədədi dəyərləri:

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)

Yolda biz digər (qaz halında olan) birləşmə vəziyyətlərində olan maddələrin istilik tutumlarına toxunacağıq. Bərk kimyəvi birləşmələrin istilik tutumlarını qiymətləndirmək üçün tez-tez təxmini Neumann və Kopp aşqarları qaydasından istifadə olunur, buna görə bərk vəziyyətdə olan kimyəvi birləşmələrin molar istilik tutumu, elementlərin atom istilik tutumlarının cəminə bərabərdir. verilmiş birləşmə. Beləliklə, bir kompleksin istilik tutumu kimyəvi birləşmə Dulong və Petit qaydasını nəzərə alaraq onu aşağıdakı kimi qiymətləndirmək olar:

C V = 25n J/(mol K), (5.57)

burada n birləşmələrin molekullarındakı atomların sayıdır.

Ərimə nöqtəsinə (kristallaşmaya) yaxın olan maye və bərk maddələrin istilik tutumları demək olar ki, bərabərdir. Normal qaynama nöqtəsinə yaxın əksər üzvi mayelərin xüsusi istilik tutumu 1700 - 2100 J/kq K-dir. Bu temperaturlar arasında faza keçidləri Mayenin istilik tutumu əhəmiyyətli dərəcədə dəyişə bilər (temperaturdan asılı olaraq). Ümumiyyətlə, bərk cisimlərin istilik tutumunun 0 – 290 K diapazonunda temperaturdan asılılığı əksər hallarda yarı empirik Debye tənliyi (üçün) ilə yaxşı ifadə olunur. kristal qəfəs) aşağı temperatur bölgəsində

C P » C V = eT 3, (5.58)

burada mütənasiblik əmsalı (e) maddənin təbiətindən asılıdır (empirik sabit).

Qazların, mayelərin və bərk maddələrin istilik tutumunun adi və yüksək temperaturda temperaturdan asılılığı adətən güc seriyası şəklində empirik tənliklərdən istifadə etməklə ifadə edilir:

C P = a + bT + cT 2 (5.59)

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

burada a, b, c və c" empirik temperatur əmsallarıdır.

İstilik tutumu metodundan istifadə etməklə qapalı sistemlərdə proseslərin təsvirinə qayıdaraq, 5.1-ci bənddə verilmiş bəzi tənlikləri bir qədər fərqli formada yazaq.

İzoxorik proses. Daxili enerjini (5.27) istilik tutumu ilə ifadə edərək əldə edirik

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

İdeal qazın istilik tutumunun temperaturdan asılı olmadığını nəzərə alaraq (5.61) tənliyini aşağıdakı kimi yazmaq olar:

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

Həqiqi bir və çox atomlu qazlar üçün inteqralın (5.61) qiymətini hesablamaq üçün C V = f(T) tipli (5.59) və ya (5.60) funksional asılılığın xüsusi formasını bilmək lazımdır.

İzobarik proses. Maddənin qaz halı üçün genişlənmə işini (5.35) nəzərə alaraq və istilik tutumu metodundan istifadə etməklə bu proses üçün termodinamikanın birinci qanunu (5.29) aşağıdakı kimi yazılır:

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)

Sistem ideal qazdırsa və istilik tutumu С Р temperaturdan asılı deyilsə, (5.64) əlaqə (5.63) olur. Həqiqi qazı təsvir edən (5.64) tənliyini həll etmək üçün C p = f(T) asılılığının xüsusi formasını bilmək lazımdır.

İzotermik proses. Sabit temperaturda baş verən prosesdə ideal qazın daxili enerjisinin dəyişməsi

dU T = C V dT = 0. (5.65)

Adiabatik proses. dU = C V dT olduğundan, ideal qazın bir mol üçün daxili enerjinin dəyişməsi və görülən iş müvafiq olaraq bərabərdir:

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

A xəz = -DU = C V (T 1 - T 2). (5,67)

Şərtlərdə müxtəlif termodinamik prosesləri xarakterizə edən tənliklərin təhlili: 1) p = const; 2) V = sabit; 3) T = const və 4) dQ = 0 göstərir ki, onların hamısı ümumi tənliklə təmsil oluna bilər:

pV n = sabit. (5,68)

Bu tənlikdə "n" göstəricisi müxtəlif proseslər üçün 0-dan ¥-ə qədər dəyərlər qəbul edə bilər:

1. izobarik (n = 0);

2. izotermik (n = 1);

3. izoxorik (n = ¥);

4. adiabatik (n = g; burada g = C P /C V – adiabatik əmsal).

Yaranan əlaqələr ideal qaz üçün etibarlıdır və onun vəziyyət tənliyinin nəticəsidir və nəzərdən keçirilən proseslər real proseslərin xüsusi və məhdudlaşdırıcı təzahürləridir. Həqiqi proseslər, bir qayda olaraq, aralıqdır, "n" ixtiyari qiymətlərində baş verir və politropik proseslər adlanır.

Nəzərə alınan termodinamik proseslərdə əmələ gələn ideal qazın genişlənmə işini həcmin V 1-dən V 2-yə dəyişməsi ilə müqayisə etsək, Şəkil 1-dən göründüyü kimi. 5.2, ən böyük genişlənmə işi izobarik bir prosesdə, izotermik prosesdə daha az və adiabatik prosesdə daha az həyata keçirilir. İzoxorik proses üçün iş sıfırdır.

düyü. 5.2. P = f (V) - müxtəlif termodinamik proseslərdən asılılıq (gölgələnmiş sahələr müvafiq prosesdə genişlənmə işini xarakterizə edir)

Rusiya Federasiyası SSRİ Dövlət Standartının Protokolu

GSSSD 8-79 Maye və qazlı hava. 70-1500 K temperaturda və 0,1-100 MPa təzyiqdə sıxlıq, entalpiya, entropiya və izobar istilik tutumu

əlfəcin təyin edin

əlfəcin təyin edin

STANDART ARAYIŞ MƏLUMATLARININ DÖVLƏT XİDMƏTİ

Standart istinad məlumat cədvəlləri

HAVA MAYE VƏ QAZLIDIR. 70-1500 K TEMPERATURLARDA VƏ TƏZYHI 0,1-100 MPa SıXLIQ, ENTALPİYA, ENTROPİYA VƏ İSOBARİK İSTİLİK TUTUCULUĞU

Standart İstinad Məlumatlarının Cədvəlləri
Maye və qaz halında olan hava 70-1500 K temperaturda və 0,1-100 MPa təzyiqdə sıxlıq, entalpiya, entropiya və izobar istilik tutumu

Ümumittifaq Elmi-Tədqiqat Metroloji Xidmət İnstitutu, Odessa Mühəndislər İnstitutu tərəfindən işlənib hazırlanmışdır. donanma, Moskva Lenin Energetika İnstitutunun ordeni

SSRİ Elmlər Akademiyası Rəyasət Heyətinin Elm və Texnika Sahəsində Rəqəmsal Məlumatların Toplanması və Qiymətləndirilməsi üzrə Sovet Milli Komitəsi tərəfindən TƏSDİQ ÜÇÜN TÖVSİYƏ EDİLİR; Ümumittifaq Elmi Tədqiqatlar Mərkəzi Dövlət Qulluğu standart istinad məlumatları

SSSSD ekspert komissiyası tərəfindən təsdiq edilmişdir:

Ph.D. texnologiya. Elmlər N.E. Gnezdilova, Dr. Tech.. Elmlər İ.F. Qolubeva, kimya elmləri doktoru. Elmlər L.V. Qurviç, mühəndislik elmləri doktoru. Elmlər B.A. Rabinoviç, mühəndislik elmləri doktoru. Elmlər A.M. Sirota

Standart İstinad Məlumatları Dövlət Xidmətinin Ümumittifaq Elmi Tədqiqat Mərkəzi tərəfindən TƏSDİQƏ HAZIRLANIB

Standart arayış məlumatlarından istifadə milli iqtisadiyyatın bütün sahələrində məcburidir

Bu cədvəllər maye və qazlı havanın sıxlığı, entalpiyası, entropiyası və izobar istilik tutumu üçün ən vacib praktiki dəyərləri ehtiva edir.

Cədvəllərin hesablanması aşağıdakı prinsiplərə əsaslanır:

1. , , -asılılıq üzrə etibarlı eksperimental məlumatları yüksək dəqiqliklə əks etdirən vəziyyət tənliyi məlum termodinamik əlaqələrdən istifadə etməklə kalorili və akustik xassələrin etibarlı hesablanmasını təmin edə bilər.

2. Ortalama əmsalları çox sayda ilkin məlumatın təsvirinin dəqiqliyi baxımından ekvivalent vəziyyət tənlikləri bizə bütün termodinamik səthi əks etdirən tənliyi əldə etməyə imkan verir (qəbul edilmiş tipli tənliklər arasından seçilmiş eksperimental məlumat toplusu üçün). Bu cür orta hesablama, eksperimental, , -məlumatların sistematik xətasının təsirini və seçim nəticəsində yaranan səhvi nəzərə almadan, istilik, kalorili və akustik kəmiyyətlərin hesablanmış dəyərlərində mümkün təsadüfi səhvi qiymətləndirməyə imkan verir. hal tənliyinin forması.

Maye və qaz halında havanın vəziyyətinin orta hesablanmış tənliyi formaya malikdir

Harada; ; .

Tənlik işlərdə əldə edilmiş və 65-873 K temperatur diapazonunu və 0,01-228 MPa təzyiqləri əhatə edən ən etibarlı eksperimental sıxlıq qiymətləri əsasında tərtib edilmişdir. Eksperimental məlumatlar orta kvadrat xətası 0,11% olan tənliklə təsvir edilmişdir. Orta hesablanmış vəziyyət tənliyinin əmsalları eksperimental məlumatların təsvirinə dəqiqliklə ekvivalent olan 53 tənlik sisteminin işlənməsi nəticəsində əldə edilmişdir. Hesablamalarda qaz sabitinin və kritik parametrlərin aşağıdakı qiymətləri götürülmüşdür: 287,1 J/(kq K); 132,5 K; 0,00316 m/kq.

Orta hava vəziyyəti tənliyinin əmsalları:

Düsturlardan istifadə etməklə entalpiya, entropiya və izobar istilik tutumu müəyyən edilmişdir

Burada , , ideal qaz vəziyyətində entalpiya, entropiya və izoxorik istilik tutumudur. və dəyərləri münasibətlərdən müəyyən edilir

Harada və temperaturda entalpiya və entropiya; - 0 K-də sublimasiya istiliyi; - sabit (bu işdə 0).

Havanın sublimasiya istiliyinin dəyəri onun komponentlərinin sublimasiya istiliyinə dair məlumatlar əsasında hesablanmış və 253,4 kJ/kq-a bərabərdir (hesablamalarda havanın CO-nun olmadığı və 78,11% N-dən ibarət olduğu qəbul edilmişdir, Həccə görə 20,96% O və 0,93% Ar). üçün tənliyi birləşdirərkən köməkçi istinad nöqtəsi olan 100 K temperaturda entalpiya və entropiyanın dəyərləri müvafiq olaraq 3,48115 kJ/kq və 20,0824 kJ/(kq K) təşkil edir.

İdeal qaz vəziyyətində izobar istilik tutumu işdən götürülür və çoxhədli ilə yaxınlaşır.

50-2000 K temperatur diapazonunda ilkin məlumatların yaxınlaşdırılmasının kök orta kvadrat xətası 0,009%, maksimumu təxminən 0,02% təşkil edir.

Hesablanmış dəyərlərin təsadüfi səhvləri düsturdan istifadə edərək 0,997 etibarlılıq ehtimalı ilə hesablanır.

Termodinamik funksiyanın orta qiyməti haradadır; - tənlikləri ehtiva edən sistemdən th tənliyi ilə alınan eyni funksiyanın qiyməti.

Cədvəl 1-4 havanın termodinamik funksiyalarının qiymətlərini, 5-8 cədvəllərində isə müvafiq təsadüfi səhvləri göstərir. Cədvəl 5-8-də xəta dəyərləri izobarların bir hissəsi üçün təqdim olunur və aralıq izobarlar üçün dəyərlər xətti interpolyasiya ilə məqbul dəqiqliklə əldə edilə bilər. Hesablanmış dəyərlərdəki təsadüfi səhvlər sonuncunun orta vəziyyət tənliyinə nisbətən yayılmasını əks etdirir; sıxlığa görə, onlar eksperimental məlumatların orijinal massivinin təsvirindəki orta kvadrat xətadan əhəmiyyətli dərəcədə azdır. inteqral qiymətləndirmə və səpələnmə ilə xarakterizə olunan bəzi məlumatlar üçün böyük kənarlaşmaları ehtiva edir.

Cədvəl 1

Hava sıxlığı

Davamı

	Kq/m, , MPa,

cədvəl 2

Hava entalpiyası

Davamı

	KJ/kq, , MPa,

Cədvəl 3

Havanın entropiyası

Davamı

	KJ/(kq, K), , MPa,

Cədvəl 4

Havanın izobar istilik tutumu

________________

* Sənədin mətni orijinala uyğundur. - Verilənlər bazası istehsalçısının qeydi.

Davamı

	KJ/(kq, K), , MPa,

Cədvəl 5. Hesablanmış sıxlıq qiymətlərinin orta kvadrat təsadüfi səhvləri

, %, at , MPa

Cədvəl 6. Hesablanmış entalpiya qiymətlərinin orta kvadrat təsadüfi səhvləri

KJ/kq, , MPa

Vəziyyət tənliyinin viral formasından istifadə edildiyinə görə, cədvəllər yaxınlıqdakı termodinamik xassələri dəqiq təsvir etməyə iddia etmirlər. kritik nöqtə(126-139 K, 190-440 kq/m).

Havanın termodinamik xassələrinin eksperimental tədqiqi, vəziyyət tənliyinin tərtibi üsulları və cədvəllərin hesablanması, hesablanmış dəyərlərin eksperimental məlumatlarla uyğunluğu, habelə izoxorik istilik tutumu, səsin sürəti haqqında əlavə məlumatları ehtiva edən daha ətraflı cədvəllər, işdə buxarlanma istiliyi, drossel effekti, qaynama və kondensasiya əyriləri üzrə bəzi törəmələr və xassələri verilmişdir.

BİBLİOQRAFİYA

1. Nolborn L., Schultre N. die Druckwage und die Isothermen von Luft, Argon və Helium Zwischen 0 və 200 °C. - Ann. Fizika. 1915 m, Bd 47, N 16, S.1089-1111.

2. Michels A., Wassenaar T., Van Sventer W. 0 °C ilə 75 °C arasında və 2200 atm-ə qədər təzyiqlərdə havanın izotermləri. -Tətbiq. Sci. Res., 1953, cild. 4, No 1, səh.52-56.

3. -25 °C ilə -155 °C arasında temperaturda və 560 Amagata qədər sıxlıqda havanın sıxılma izotermləri (1000 atmosferə qədər təzyiq) / Michels A.. Wassenaar T., Levelt J.M., De Graaff W. - Appl . Sci. Res., 1954, cild. A 4, N 5-6, s.381-392.

4. Eksperimental tədqiqat havanın xüsusi həcmləri/Vukaloviç M.P., Zubarev V.N., Aleksandrov A.A., Kozlov A.D. - İstilik energetikası, 1968, N 1, s.70-73.

5. Romberg N. Neue Messungen der thermischen ler Luft bei tiefen Temperaturen and die Berechnung der kalorischen mit Hilfe des Kihara-Potentials. - VDl-Vorschungsheft, 1971, - N 543, S.1-35.

6. Blanke W. Messung der thermischen von Luft im Zweiphasengebiet und Seiner Umgebung. Dissertasiya zur Erlangung des Grades eines Doctor-Ingenieurs/. Bohum, 1973.

7. 78-190 K temperaturda 600 bar təzyiqə qədər havanın sıxlığının ölçülməsi / Wasserman A.A., Golovsky E.A., Mitsevich E.P., Tsymarny V.A., M., 1975. (VINITI 28.0763-də depozit qoyulub).

8. Landolt N., R. Zahlenwerte və Funktionen aus Physik, Chemie, Astronomic, Geophysik und Technik. Berlin., Springer Verlag, 1961, Bd.2.

9. Qazların istilik xassələrinin cədvəlləri. Wachington, Qubernator çap, off., 1955, XI. (ABŞ Ticarət Departamenti. NBS. Girc. 564).

10. Havanın termodinamik xassələri/Sychev V.V., Wasserman A.A., Kozlov A.D. və başqaları M., Standartlar nəşriyyatı, 1978.

Nəqliyyat enerjisi (soyuq nəqliyyat) Hava rütubəti. Havanın istilik tutumu və entalpiyası

Hava rütubəti. Havanın istilik tutumu və entalpiyası

Atmosfer havası quru hava və su buxarının qarışığıdır (0,2%-dən 2,6%-ə qədər). Beləliklə, hava demək olar ki, həmişə rütubətli hesab edilə bilər.

Quru hava və su buxarının mexaniki qarışığı adlanır nəmli hava və ya hava-buxar qarışığı. Havada buxar nəminin mümkün olan maksimum miqdarı m p.n. temperaturdan asılıdır t və təzyiq P qarışıqlar. Dəyişəndə t Və P hava əvvəlcə doymamışdan su buxarı ilə doyma vəziyyətinə keçə bilər və sonra artıq nəm qaz həcmində və qapalı səthlərdə duman, şaxta və ya qar şəklində çökməyə başlayacaq.

Rütubətli havanın vəziyyətini xarakterizə edən əsas parametrlər bunlardır: temperatur, təzyiq, xüsusi həcm, rütubət, mütləq və nisbi rütubət, molekulyar çəki, qaz sabitliyi, istilik tutumu və entalpiya.

Qaz qarışıqları üçün Dalton qanununa görə nəmli havanın ümumi təzyiqi (P) quru hava P c və su buxarının P p qismən təzyiqlərinin cəmidir: P = P c + P p.

Eynilə, nəmli havanın həcmi V və kütləsi m nisbətləri ilə müəyyən ediləcək:

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

Sıxlıq Və nəmli havanın xüsusi həcmi (v) müəyyən edilmişdir:

Nəmli havanın molekulyar çəkisi:

burada B barometrik təzyiqdir.

Qurutma prosesi zamanı havanın rütubəti davamlı olaraq artdığından və buxar-hava qarışığında quru havanın miqdarı sabit qaldığından, qurutma prosesi 1 kq quru havaya düşən su buxarının miqdarının necə dəyişdiyi və bütün göstəricilər ilə qiymətləndirilir. buxar-hava qarışığı (istilik tutumu, rütubəti, entalpiyası və s.) nəmli havada yerləşən 1 kq quru havaya aiddir.

d = m p / m c, g / kq, və ya, X = m p / m c.

Mütləq hava rütubəti- 1 m 3 nəmli havada buxar kütləsi. Bu dəyər ədədi olaraq -ə bərabərdir.

Nisbi rütubət - verilmiş şəraitdə doymamış havanın mütləq rütubətinin doymuş havanın mütləq rütubətinə nisbətidir:

burada, lakin daha çox nisbi rütubət faizlə göstərilir.

Nəmli havanın sıxlığı üçün aşağıdakı əlaqə etibarlıdır:

Xüsusi istilik nəmli hava:

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

burada c c quru havanın xüsusi istilik tutumu, c c = 1,0;

c p - buxarın xüsusi istilik tutumu; n = 1.8 ilə.

Təxmini hesablamalar üçün sabit təzyiq və kiçik temperatur diapazonlarında (100 o C-ə qədər) quru havanın istilik tutumu 1,0048 kJ/(kq × ° C) bərabər hesab edilə bilər. Həddindən artıq qızdırılan buxar üçün atmosfer təzyiqində və aşağı qızdırma dərəcələrində orta izobar istilik tutumu da sabit qəbul edilə bilər və 1,96 kJ/(kq×K) bərabərdir.

Nəmli havanın entalpiyası (i).- bu onun əsas parametrlərindən biridir, qurutma qurğularının hesablamalarında, əsasən qurudulan materiallardan nəmin buxarlanmasına sərf olunan istiliyi təyin etmək üçün geniş istifadə olunur. Nəm havanın entalpiyası buxar-hava qarışığında bir kiloqram quru havaya aiddir və quru hava və su buxarının entalpiyalarının cəmi kimi müəyyən edilir, yəni.

i = i c + i p ×Х, kJ/kq.

Qarışıqların entalpiyasını hesablayarkən, hər bir komponentin entalpiyaları üçün başlanğıc nöqtəsi eyni olmalıdır. Rütubətli havanın hesablanması üçün 0 o C-də suyun entalpiyasının sıfır olduğunu düşünə bilərik, sonra quru havanın entalpiyasını da 0 o C-dən hesablayırıq, yəni i in = c in *t = 1,0048t.