Kryesor vetitë fizike ajri: dendësia e ajrit, viskoziteti i tij dinamik dhe kinematik, kapaciteti specifik i nxehtësisë, përçueshmëria termike, difuziviteti termik, numri Prandtl dhe entropia. Vetitë e ajrit jepen në tabela në varësi të temperaturës në presion normal atmosferik.

Dendësia e ajrit në varësi të temperaturës

Është paraqitur një tabelë e detajuar e vlerave të densitetit të ajrit të thatë në temperatura të ndryshme dhe presion normal atmosferik. Sa është dendësia e ajrit? Dendësia e ajrit mund të përcaktohet në mënyrë analitike duke e ndarë masën e tij me vëllimin që zë. në kushte të caktuara (presion, temperaturë dhe lagështi). Ju gjithashtu mund të llogarisni densitetin e tij duke përdorur formulën e ekuacionit të gjendjes së gazit ideal. Për ta bërë këtë, ju duhet të dini presionin dhe temperaturën absolute të ajrit, si dhe vëllimin e tij konstant dhe molar të gazit. Ky ekuacion ju lejon të llogarisni densitetin e thatë të ajrit.

Në praktikë, për të gjetur se sa është dendësia e ajrit në temperatura të ndryshme, është i përshtatshëm për të përdorur tabela të gatshme. Për shembull, tabela e dhënë e vlerave të densitetit ajri atmosferik në varësi të temperaturës së tij. Dendësia e ajrit në tabelë shprehet në kilogramë për metër kub dhe jepet në intervalin e temperaturës nga minus 50 në 1200 gradë Celsius në presion normal atmosferik (101325 Pa).

Dendësia e ajrit në varësi të temperaturës - tabela

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

Në 25°C, ajri ka një dendësi prej 1.185 kg/m3. Kur nxehet, dendësia e ajrit zvogëlohet - ajri zgjerohet (vëllimi i tij specifik rritet). Me rritjen e temperaturës, për shembull në 1200°C, arrihet një densitet ajri shumë i ulët, i barabartë me 0,239 kg/m 3, që është 5 herë më pak se vlera e tij në temperaturën e dhomës. Në përgjithësi, reduktimi gjatë ngrohjes lejon që të zhvillohet një proces i tillë si konvekcioni natyror dhe përdoret, për shembull, në aeronautikë.

Nëse krahasojmë densitetin e ajrit në raport me , atëherë ajri është tre rend me madhësi më të lehtë - në një temperaturë prej 4°C, dendësia e ujit është 1000 kg/m3 dhe dendësia e ajrit është 1,27 kg/m3. Është gjithashtu e nevojshme të theksohet vlera e densitetit të ajrit në kushte normale. Kushtet normale për gazrat janë ato në të cilat temperatura e tyre është 0°C dhe presioni është i barabartë me presionin normal atmosferik. Kështu, sipas tabelës, dendësia e ajrit në kushte normale (në NL) është 1.293 kg/m3.

Viskoziteti dinamik dhe kinematik i ajrit në temperatura të ndryshme

Gjatë kryerjes së llogaritjeve termike, është e nevojshme të dihet vlera e viskozitetit të ajrit (koeficienti i viskozitetit) në temperatura të ndryshme. Kjo vlerë kërkohet për të llogaritur numrat Reynolds, Grashof dhe Rayleigh, vlerat e të cilave përcaktojnë regjimin e rrjedhës së këtij gazi. Tabela tregon vlerat e koeficientëve dinamikë μ dhe kinematike ν viskoziteti i ajrit në diapazonin e temperaturës nga -50 deri në 1200°C në presionin atmosferik.

Koeficienti i viskozitetit të ajrit rritet ndjeshëm me rritjen e temperaturës. Për shembull, viskoziteti kinematik i ajrit është i barabartë me 15,06 10 -6 m 2 / s në një temperaturë prej 20 ° C, dhe me një rritje të temperaturës në 1200 ° C, viskoziteti i ajrit bëhet i barabartë me 233,7 10 -6 m 2 /s, domethënë rritet 15.5 herë! Viskoziteti dinamik i ajrit në një temperaturë prej 20°C është 18,1·10 -6 Pa·s.

Kur ajri nxehet, vlerat e viskozitetit kinematik dhe dinamik rriten. Këto dy sasi lidhen me njëra-tjetrën nëpërmjet densitetit të ajrit, vlera e së cilës zvogëlohet kur ky gaz nxehet. Një rritje në viskozitetin kinematik dhe dinamik të ajrit (si dhe gazeve të tjera) kur nxehet shoqërohet me një dridhje më intensive të molekulave të ajrit rreth gjendjes së tyre të ekuilibrit (sipas MKT).

Viskoziteti dinamik dhe kinematik i ajrit në temperatura të ndryshme - tabela

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

Shënim: Kujdes! Viskoziteti i ajrit jepet në fuqinë 10 6 .

Kapaciteti specifik termik i ajrit në temperatura nga -50 deri në 1200°C

Është paraqitur një tabelë e kapacitetit specifik të nxehtësisë së ajrit në temperatura të ndryshme. Kapaciteti i nxehtësisë në tabelë jepet në presion konstant (kapaciteti izobarik i nxehtësisë së ajrit) në intervalin e temperaturës nga minus 50 në 1200°C për ajrin në gjendje të thatë. Cila është kapaciteti specifik termik i ajrit? Kapaciteti specifik i nxehtësisë përcakton sasinë e nxehtësisë që duhet të furnizohet një kilogram ajri me presion konstant për të rritur temperaturën e tij me 1 gradë. Për shembull, në 20°C, për të ngrohur 1 kg të këtij gazi me 1°C në një proces izobarik, nevojiten 1005 J nxehtësi.

Kapaciteti specifik i nxehtësisë së ajrit rritet me rritjen e temperaturës. Sidoqoftë, varësia e kapacitetit të nxehtësisë masive të ajrit nga temperatura nuk është lineare. Në rangun nga -50 në 120 ° C, vlera e tij praktikisht nuk ndryshon - në këto kushte, kapaciteti mesatar i nxehtësisë së ajrit është 1010 J/(kg deg). Sipas tabelës, shihet se temperatura fillon të ketë një efekt të rëndësishëm nga një vlerë prej 130°C. Megjithatë, temperatura e ajrit ndikon në kapacitetin e tij specifik të nxehtësisë shumë më pak se viskoziteti i tij. Kështu, kur nxehet nga 0 në 1200 ° C, kapaciteti i nxehtësisë së ajrit rritet vetëm 1.2 herë - nga 1005 në 1210 J/(kg deg).

Duhet të theksohet se kapaciteti i nxehtësisë i ajrit të lagësht është më i lartë se ai i ajrit të thatë. Nëse krahasojmë ajrin, është e qartë se uji ka një vlerë më të lartë dhe përmbajtja e ujit në ajër çon në një rritje të kapacitetit specifik të nxehtësisë.

Kapaciteti specifik i nxehtësisë së ajrit në temperatura të ndryshme - tabela

t, ° С	C p, J/(kg gradë)	t, ° С	C p, J/(kg gradë)	t, ° С	C p, J/(kg gradë)	t, ° С	C p, J/(kg gradë)
-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

Përçueshmëria termike, difuziviteti termik, numri Prandtl i ajrit

Tabela paraqet vetitë fizike të ajrit atmosferik si përçueshmëria termike, difuziviteti termik dhe numri i tij Prandtl në varësi të temperaturës. Vetitë termofizike të ajrit jepen në intervalin nga -50 deri në 1200°C për ajrin e thatë. Sipas tabelës, mund të shihet se vetitë e treguara të ajrit varen ndjeshëm nga temperatura dhe varësia nga temperatura e vetive të konsideruara të këtij gazi është e ndryshme.

Puna laboratorike nr. 1

Përkufizimi i masës izobar

kapaciteti i nxehtësisë së ajrit

Kapaciteti i nxehtësisë është nxehtësia që duhet t'i shtohet një sasie njësi të një lënde për ta ngrohur atë me 1 K. Një sasi njësi e një substance mund të matet në kilogramë, metra kub në kushte fizike normale dhe kilomele. Një kilomol gazi është masa e një gazi në kilogramë, numerikisht e barabartë me peshën e tij molekulare. Pra, ekzistojnë tre lloje të kapaciteteve të nxehtësisë: masa c, J/(kg⋅K); vëllimore s′, J/(m3⋅K) dhe molare, J/(kmol⋅K). Meqenëse një kilomol gazi ka një masë μ herë më të madhe se një kilogram, një emërtim i veçantë për kapacitetin molar të nxehtësisë nuk është futur. Marrëdhëniet ndërmjet kapaciteteve të nxehtësisë:

ku = 22,4 m3/kmol – vëllimi i kilomolit gaz ideal në kushte normale fizike; – dendësia e gazit në kushte normale fizike, kg/m3.

Kapaciteti i vërtetë i nxehtësisë i një gazi është derivati ​​i nxehtësisë në lidhje me temperaturën:

Nxehtësia e furnizuar me gazin varet nga procesi termodinamik. Mund të përcaktohet nga ligji i parë i termodinamikës për proceset izohorike dhe izobarike:

Këtu është nxehtësia që i jepet 1 kg gaz në një proces izobarik; – ndryshimi i energjisë së brendshme të gazit; – puna e gazeve kundër forcave të jashtme.

Në thelb, formula (4) formulon ligjin e parë të termodinamikës, nga i cili rrjedh ekuacioni i Mayer-it:

Nëse vendosim = 1 K, atëherë, domethënë, kuptimi fizik i konstantës së gazit është puna e bërë nga 1 kg gaz në një proces izobarik kur temperatura e tij ndryshon me 1 K.

Ekuacioni i Mayer-it për 1 kilomole gaz ka formën

ku = 8314 J/(kmol⋅K) është konstanta universale e gazit.

Përveç ekuacionit të Mayer-it, kapacitetet e nxehtësisë së masës izobarike dhe izokore të gazeve janë të lidhura me njëri-tjetrin përmes eksponentit adiabatik k (Tabela 1):

Tabela 1.1

Vlerat e eksponentëve adiabatikë për gazet ideale

Atomiciteti i gazeve
Gazet monoatomike
Gazet diatomike
Gazet tre dhe poliatomike

QËLLIMI I PUNËS

Konsolidimi i njohurive teorike mbi ligjet bazë të termodinamikës. Zhvillimi praktik i metodës për përcaktimin e kapacitetit termik të ajrit në bazë të bilancit të energjisë.

Përcaktimi eksperimental i kapacitetit të nxehtësisë së masës specifike të ajrit dhe krahasimi i rezultatit të marrë me vlerën e referencës.

1.1. Përshkrimi i konfigurimit të laboratorit

Instalimi (Fig. 1.1) përbëhet nga një tub bronzi 1 me diametër të brendshëm d =
= 0,022 m, në fund të së cilës ka një ngrohës elektrik me termoizolim 10. Brenda tubit lëviz një fluks ajri, i cili furnizohet 3. Rrjedha e ajrit mund të rregullohet duke ndryshuar shpejtësinë e ventilatorit. Tubi 1 përmban një tub presioni të plotë 4 dhe presion statik të tepërt 5, të cilët janë të lidhur me matësat e presionit 6 dhe 7. Përveç kësaj, një termoelement 8 është instaluar në tubin 1, i cili mund të lëvizë përgjatë seksionit kryq njëkohësisht me tubin e presionit të plotë. Madhësia e emf-së së termoçiftit përcaktohet nga potenciometri 9. Ngrohja e ajrit që lëviz nëpër tub rregullohet duke përdorur një autotransformator laboratorik 12 duke ndryshuar fuqinë e ngrohësit, i cili përcaktohet nga leximet e ampermetrit 14 dhe voltmetrit 13. Temperatura e ajrit në daljen e ngrohësit përcaktohet nga termometri 15.

1.2. PROCEDURË EKSPERIMENTALE

Rrjedha e nxehtësisë së ngrohësit, W:

ku I – aktuale, A; U – tension, V; = 0,96; =
= 0.94 - koeficienti i humbjes së nxehtësisë.

Fig.1.1. Diagrami i konfigurimit eksperimental:

1 - tub; 2 – ngatërrues; 3 – tifoz; 4 – tub për matjen e presionit dinamik;

5 – tub; 6, 7 - matës presioni diferencial; 8 – termoelement; 9 – potenciometër; 10 – izolim;

11 – ngrohës elektrik; 12 – autotransformator laboratorik; 13 – voltmetër;

14 – ampermetër; 15 - termometër

Fluksi i nxehtësisë i përthithur nga ajri, W:

ku m – rrjedha masive e ajrit, kg/s; – eksperimentale, kapaciteti i nxehtësisë izobarike në masë të ajrit, J/(kg K); – temperatura e ajrit në dalje nga seksioni i ngrohjes dhe në hyrje të tij, °C.

Rrjedha masive e ajrit, kg/s:

. (1.10)

Këtu është shpejtësia mesatare e ajrit në tub, m/s; d – diametri i brendshëm i tubit, m; – dendësia e ajrit në temperaturë, e cila gjendet me formulën, kg/m3:

, (1.11)

ku = 1.293 kg/m3 – dendësia e ajrit në kushte normale fizike; B - presioni, mm. rt. st; – presioni i tepërt statik i ajrit në tub, mm. ujë Art.

Shpejtësitë e ajrit përcaktohen nga presioni dinamik në katër seksione të barabarta, m/s:

ku është presioni dinamik, mm. ujë Art. (kgf/m2); g = 9,81 m/s2 – nxitimi i rënies së lirë.

Shpejtësia mesatare e ajrit në seksionin e tubit, m/s:

Kapaciteti mesatar i nxehtësisë në masë izobarike i ajrit përcaktohet nga formula (1.9), në të cilën rrjedha e nxehtësisë zëvendësohet nga ekuacioni (1.8). Vlera e saktë e kapacitetit të nxehtësisë së ajrit në temperaturën mesatare të ajrit gjendet nga tabela e kapaciteteve mesatare të nxehtësisë ose nga formula empirike J/(kg⋅K):

. (1.14)

Gabim relativ i eksperimentit, %:

. (1.15)

1.3. Kryerja e eksperimentit dhe përpunimi

rezultatet e matjes

Eksperimenti kryhet në sekuencën e mëposhtme.

1. Stenda laboratorike ndizet dhe pas vendosjes së një regjimi të palëvizshëm, merren leximet e mëposhtme:

Presioni dinamik i ajrit në katër pika të seksioneve të barabarta të tubave;

Presioni i tepërt statik i ajrit në tub;

Rryma I, A dhe tensioni U, V;

Temperatura e ajrit në hyrje, °C (termoçift 8);

Temperatura e daljes, °C (termometri 15);

Presioni barometrik B, mm. rt. Art.

Eksperimenti përsëritet për modalitetin tjetër. Rezultatet e matjeve janë futur në tabelën 1.2. Llogaritjet bëhen në tabelë. 1.3.

Tabela 1.2

Tabela e matjes

	Emri i sasisë
	Temperatura e hyrjes së ajrit, °C
	Temperatura e ajrit në dalje, °C
	Presioni dinamik i ajrit, mm. ujë Art.
	Presion i tepërt statik i ajrit, mm. ujë Art.
	Presioni barometrik B, mm. rt. Art.
	Tensioni U, V

Tabela 1.3

Tabela e llogaritjes

	Emri i sasive
	Presioni dinamik, N/m2
	Temperatura mesatare e rrjedhës së hyrjes, °C

Nën kapaciteti specifik i nxehtësisë substancat kuptojnë sasinë e nxehtësisë që duhet të shtohet ose të zbritet nga një njësi e substancës (1 kg, 1 m 3, 1 mol) për të ndryshuar temperaturën e saj me një shkallë.

Në varësi të njësisë së një substance të caktuar, dallohen kapacitetet e mëposhtme të nxehtësisë:

Kapaciteti masiv i nxehtësisë ME, referuar 1 kg gaz, J/(kg∙K);

Kapaciteti molar i nxehtësisë μС, referuar 1 kmol gaz, J/(kmol∙K);

Kapaciteti vëllimor i nxehtësisë ME', referuar 1 m 3 gaz, J/(m 3 ∙K).

Kapacitetet specifike të nxehtësisë lidhen me njëra-tjetrën nga relacioni:

Ku υ n- vëllimi specifik i gazit në kushte normale (n.s.), m 3 / kg; µ - masë molare gaz, kg/kmol.

Kapaciteti i nxehtësisë i një gazi ideal varet nga natyra e procesit të furnizimit (ose largimit) të nxehtësisë, nga atomiciteti i gazit dhe temperatura (kapaciteti i nxehtësisë së gazeve reale varet gjithashtu nga presioni).

Marrëdhënia ndërmjet masës izobarike Me P dhe izokorik C V Kapacitetet e nxehtësisë përcaktohen nga ekuacioni Mayer:

C P - C V = R, (1.2)

Ku R - konstante e gazit, J/(kg∙K).

Kur një gaz ideal nxehet në një enë të mbyllur me vëllim konstant, nxehtësia shpenzohet vetëm për ndryshimin e energjisë së lëvizjes së molekulave të tij, dhe kur nxehet me presion konstant, për shkak të zgjerimit të gazit, puna kryhet njëkohësisht kundër forcave të jashtme. .

Për kapacitetet molare të nxehtësisë, ekuacioni i Mayer-it ka formën:

μС р - μС v = μR, (1.3)

Ku µR=8314J/(kmol∙K) – konstante universale e gazit.

Vëllimi ideal i gazit V n, e reduktuar në kushte normale, përcaktohet nga relacioni i mëposhtëm:

(1.4)

Ku R n– presion në kushte normale, R n= 101325 Pa = 760 mmHg; Tn- temperatura në kushte normale, Tn= 273,15 K; P t, Vt, T t– presioni i punës, vëllimi dhe temperatura e gazit.

Raporti i kapacitetit të nxehtësisë izobarike me izokorinë shënohet me k dhe telefononi indeksi adiabatik:

(1.5)

Nga (1.2) dhe duke marrë parasysh (1.5) marrim:

Për llogaritjet e sakta, kapaciteti mesatar i nxehtësisë përcaktohet nga formula:

(1.7)

Në llogaritjet termike të pajisjeve të ndryshme, shpesh përcaktohet sasia e nxehtësisë që kërkohet për ngrohjen ose ftohjen e gazrave:

Q = C∙m∙(t 2 - t 1), (1.8)

Q = C′∙V n∙(t 2 - t 1), (1.9)

Ku V n– vëllimi i gazit në kushte standarde, m3.

Q = µC∙ν∙(t 2 - t 1), (1.10)

Ku ν – sasia e gazit, kmol.

Kapaciteti i nxehtësisë. Përdorimi i kapacitetit të nxehtësisë për të përshkruar proceset në sistemet e mbyllura

Në përputhje me ekuacionin (4.56), nxehtësia mund të përcaktohet nëse dihet ndryshimi në entropinë S të sistemit. Megjithatë, fakti që entropia nuk mund të matet drejtpërdrejt krijon disa komplikime, veçanërisht kur përshkruhen proceset izohorike dhe izobarike. Ekziston nevoja për të përcaktuar sasinë e nxehtësisë duke përdorur një sasi të matur eksperimentalisht.

Kjo vlerë mund të jetë kapaciteti termik i sistemit. Shumica përkufizim i përgjithshëm kapaciteti termik rrjedh nga shprehja e ligjit të parë të termodinamikës (5.2), (5.3). Në bazë të tij, çdo kapacitet i sistemit C në lidhje me punën e tipit m përcaktohet nga ekuacioni

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

ku C m është kapaciteti i sistemit;

P m dhe g m janë, përkatësisht, potenciali i përgjithësuar dhe koordinata e gjendjes së tipit m.

Vlera C m tregon se sa punë e tipit m duhet të bëhet në kushte të dhëna për të ndryshuar potencialin mth të përgjithësuar të sistemit sipas njësisë së tij të matjes.

Koncepti i kapacitetit të një sistemi në lidhje me një punë të caktuar në termodinamikë përdoret gjerësisht vetëm kur përshkruhet ndërveprimi termik midis sistemit dhe mjedisit.

Kapaciteti i sistemit në raport me nxehtësinë quhet kapacitet i nxehtësisë dhe jepet nga barazia

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

Kështu, Kapaciteti i nxehtësisë mund të përkufizohet si sasia e nxehtësisë që duhet t'i jepet një sistemi për të ndryshuar temperaturën e tij me një Kelvin.

Kapaciteti i nxehtësisë, si energjia e brendshme dhe entalpia, është një sasi e madhe proporcionale me sasinë e materies. Në praktikë, përdoret kapaciteti i nxehtësisë për njësi masë të një substance - kapaciteti specifik i nxehtësisë, dhe kapacitetin e nxehtësisë për një mol të substancës, - kapaciteti molar i nxehtësisë. Kapaciteti specifik termik në SI shprehet në J/(kg K), dhe kapaciteti molar në J/(mol K).

Kapacitetet specifike dhe molare të nxehtësisë lidhen nga relacioni:

C mol = C mundi M, (5.44)

ku M është pesha molekulare e substancës.

Të dallojë kapaciteti i vërtetë (diferencial) i nxehtësisë, i përcaktuar nga ekuacioni (5.43) dhe që përfaqëson rritjen elementare të nxehtësisë me një ndryshim infinite të vogël në temperaturë, dhe kapaciteti mesatar i nxehtësisë, që është raporti i sasisë totale të nxehtësisë me ndryshimin total të temperaturës në këtë proces:

Q/DT. (5.45)

Marrëdhënia midis kapacitetit të vërtetë dhe mesatar të nxehtësisë specifike përcaktohet nga relacioni

Në presion ose vëllim konstant, nxehtësia dhe, në përputhje me rrethanat, kapaciteti i nxehtësisë fitojnë vetitë e një funksioni të gjendjes, d.m.th. bëhen karakteristika të sistemit. Janë këto kapacitete të nxehtësisë - C P izobarike (në presion konstant) dhe izokorik C V (në vëllim konstant) që përdoren më gjerësisht në termodinamikë.

Nëse sistemi nxehet në një vëllim konstant, atëherë, në përputhje me shprehjen (5.27), kapaciteti i nxehtësisë izokorik C V shkruhet në formën

C V = . (5.48)

Nëse sistemi nxehet me presion konstant, atëherë, në përputhje me ekuacionin (5.32), kapaciteti izobarik i nxehtësisë С Р shfaqet në formë

C P = . (5.49)

Për të gjetur lidhjen midis С Р dhe С V, është e nevojshme të diferencohet shprehja (5.31) në lidhje me temperaturën. Për një mol të një gazi ideal, kjo shprehje, duke marrë parasysh ekuacionin (5.18), mund të përfaqësohet si

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

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

dhe ndryshimi midis kapaciteteve të nxehtësisë izobarike dhe izokorike për një mol të një gazi ideal është numerikisht i barabartë me konstanten universale të gazit R:

C R - C V = R. (5.52)

Kapaciteti i nxehtësisë në presion konstant është gjithmonë më i madh se kapaciteti i nxehtësisë në vëllim konstant, pasi ngrohja e një substance në presion konstant shoqërohet me punën e zgjerimit të gazit.

Duke përdorur shprehjen për energjinë e brendshme të një gazi monatomik ideal (5.21), marrim vlerën e kapacitetit të tij të nxehtësisë për një mol të një gazi monatomik ideal:

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)

Kështu, për gazet ideale monatomike, C V dhe C p nuk varen nga temperatura, pasi e gjithë energjia termike e furnizuar shpenzohet vetëm në përshpejtimin e lëvizjes përkthimore. Për molekulat poliatomike, së bashku me një ndryshim në lëvizjen përkthimore, mund të ndodhë edhe një ndryshim në lëvizjen rrotulluese dhe vibruese intramolekulare. Për molekulat diatomike, zakonisht merret parasysh shtesë lëvizje rrotulluese, si rezultat i së cilës vlerat numerike të kapaciteteve të tyre të nxehtësisë janë:

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)

Gjatë rrugës, ne do të prekim kapacitetet termike të substancave në gjendje të tjera (përveç gazit) të grumbullimit. Për të vlerësuar kapacitetet termike të përbërjeve kimike të ngurta, shpesh përdoret rregulli i përafërt i aditivitetit Neumann dhe Kopp, sipas të cilit kapaciteti termik molar i përbërjeve kimike në gjendje të ngurtë është i barabartë me shumën e kapaciteteve atomike të nxehtësisë së elementeve të përfshirë në një përbërje të caktuar. Kështu, kapaciteti termik i një kompleksi përbërje kimike Duke marrë parasysh rregullin Dulong dhe Petit, mund të vlerësohet si më poshtë:

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

ku n është numri i atomeve në molekulat e komponimeve.

Kapacitetet e nxehtësisë së lëngjeve dhe trupave të ngurtë pranë pikës së shkrirjes (kristalizimit) janë pothuajse të barabarta. Pranë pikës normale të vlimit, shumica e lëngjeve organike kanë një kapacitet termik specifik prej 1700 - 2100 J/kg K. Mes këtyre temperaturave tranzicionet fazore Kapaciteti i nxehtësisë i një lëngu mund të ndryshojë ndjeshëm (në varësi të temperaturës). Në përgjithësi, varësia e kapacitetit të nxehtësisë së trupave të ngurtë nga temperatura në intervalin 0 – 290 K në shumicën e rasteve përcillet mirë nga ekuacioni gjysmë empirik Debye (për rrjetë kristali) në rajonin me temperaturë të ulët

C P » C V = eT 3, (5.58)

në të cilin koeficienti i proporcionalitetit (e) varet nga natyra e substancës (konstanta empirike).

Varësia e kapacitetit të nxehtësisë së gazeve, lëngjeve dhe lëndëve të ngurta nga temperatura në temperatura të zakonshme dhe të larta zakonisht shprehet duke përdorur ekuacione empirike në formën e serive të fuqisë:

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

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

ku a, b, c dhe c" janë koeficientët empirikë të temperaturës.

Duke iu rikthyer përshkrimit të proceseve në sistemet e mbyllura duke përdorur metodën e kapacitetit të nxehtësisë, le të shkruajmë disa nga ekuacionet e dhëna në paragrafin 5.1 në një formë paksa të ndryshme.

Procesi izokorik. Duke shprehur energjinë e brendshme (5.27) në terma të kapacitetit të nxehtësisë, marrim

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

Duke marrë parasysh faktin se kapaciteti termik i një gazi ideal nuk varet nga temperatura, ekuacioni (5.61) mund të shkruhet si më poshtë:

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

Për të llogaritur vlerën e integralit (5.61) për gazet reale mono- dhe poliatomike, duhet të dini formën specifike të varësisë funksionale C V = f(T) lloji (5.59) ose (5.60).

Procesi izobarik. Për gjendjen e gaztë të një lënde, ligji i parë i termodinamikës (5.29) për këtë proces, duke marrë parasysh punën e zgjerimit (5.35) dhe duke përdorur metodën e kapacitetit të nxehtësisë, shkruhet si më poshtë:

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)

Nëse sistemi është një gaz ideal dhe kapaciteti i nxehtësisë С Р nuk varet nga temperatura, lidhja (5.64) bëhet (5.63). Për të zgjidhur ekuacionin (5.64), i cili përshkruan një gaz real, është e nevojshme të dihet forma specifike e varësisë C p = f(T).

Procesi izotermik. Ndryshimi në energjinë e brendshme të një gazi ideal në një proces që ndodh në një temperaturë konstante

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

Procesi adiabatik. Meqenëse dU = C V dT, atëherë për një mol të një gazi ideal ndryshimi i energjisë së brendshme dhe puna e bërë janë përkatësisht të barabarta:

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

Një lesh = -DU = C V (T 1 - T 2). (5.67)

Analiza e ekuacioneve që karakterizojnë procese të ndryshme termodinamike në kushtet: 1) p = konst; 2) V = konst; 3) T = konst dhe 4) dQ = 0 tregon se të gjitha ato mund të përfaqësohen nga ekuacioni i përgjithshëm:

pV n = konst. (5.68)

Në këtë ekuacion, treguesi "n" mund të marrë vlera nga 0 në ¥ për procese të ndryshme:

1. izobarike (n = 0);

2. izotermike (n = 1);

3. izokorik (n = ¥);

4. adiabatike (n = g; ku g = C P /C V – koeficienti adiabatik).

Marrëdhëniet që rezultojnë janë të vlefshme për një gaz ideal dhe përfaqësojnë një pasojë të ekuacionit të gjendjes së tij, dhe proceset e konsideruara janë manifestime të veçanta dhe kufizuese të proceseve reale. Proceset reale, si rregull, janë të ndërmjetme, ndodhin në vlera arbitrare të "n" dhe quhen procese politropike.

Nëse krahasojmë punën e zgjerimit të një gazi ideal të prodhuar në proceset termodinamike të konsideruara me ndryshimin e vëllimit nga V 1 në V 2, atëherë, siç mund të shihet nga Fig. 5.2, puna më e madhe e zgjerimit kryhet në një proces izobarik, më pak në një proces izotermik dhe akoma më pak në një proces adiabatik. Për një proces izokorik, puna është zero.

Oriz. 5.2. P = f (V) - varësia për procese të ndryshme termodinamike (zonat me hije karakterizojnë punën e zgjerimit në procesin përkatës)

Federata Ruse Protokolli i Standardit Shtetëror të BRSS

GSSSD 8-79 Ajri i lëngshëm dhe i gaztë. Dendësia, entalpia, entropia dhe kapaciteti i nxehtësisë izobarike në temperatura 70-1500 K dhe presione 0,1-100 MPa

vendos faqerojtësin

vendos faqerojtësin

SHËRBIMI SHTETËROR I TË DHËNAVE REFERENCA STANDARD

Tabelat standarde të të dhënave të referencës

AJRI ËSHTË I LËNGËT DHE ME GAZË. DENSITETI, ENTALPIA, ENTROPIA DHE KAPACITETI I NXEHTËSISË IZOBARIKE NË TEMPERATURAT 70-1500 K DHE PRESIONET 0.1-100 MPa

Tabelat e të dhënave standarde të referencës
Ajri i lëngshëm dhe i gaztë Dendësia, entalpia, entropia dhe kapaciteti i nxehtësisë izobarike në temperatura nga 70 deri në 1500 K dhe presione nga 0,1 deri në 100 MPa

ZHVILLUAR nga Instituti i Kërkimeve Shkencore Gjithë Bashkimi i Shërbimit Metrologjik, Instituti i Inxhinierëve Odessa marina Urdhri i Moskës i Institutit të Energjisë Lenin

I REKOMANDUAR PËR MIRATIMIN nga Komiteti Kombëtar Sovjetik për Mbledhjen dhe Vlerësimin e të Dhënave Numerike në Fushën e Shkencës dhe Teknologjisë të Presidiumit të Akademisë së Shkencave të BRSS; Qendra Kërkimore Shkencore Gjith-Bashkimike Shërbimi civil të dhënat standarde të referencës

MIRATUAR nga komisioni i ekspertëve të SSSSD i përbërë nga:

Ph.D. teknologjisë. Shkenca N.E. Gnezdilova, Dr Teknike.. Shkenca I.F. Golubeva, doktor i kimisë. Shkenca L.V. Gurvich, Doktor i Inxhinierisë. Shkenca B.A. Rabinovich, Doktor i Inxhinierisë. Shkenca A.M. Sirota

PËRGATITUR PËR MIRATIMIN nga Qendra Kërkimore Shkencore Gjith-Bashkimike e Shërbimit Shtetëror të të Dhënave Referenciale Standarde

Përdorimi i të dhënave standarde të referencës është i detyrueshëm në të gjithë sektorët e ekonomisë kombëtare

Këto tabela përmbajnë vlerat praktike më të rëndësishme për densitetin, entalpinë, entropinë dhe kapacitetin izobarik të nxehtësisë së ajrit të lëngët dhe të gaztë.

Llogaritja e tabelave bazohet në parimet e mëposhtme:

1. Ekuacioni i gjendjes, i cili shfaq me saktësi të lartë të dhëna eksperimentale të besueshme mbi , , -varësinë, mund të sigurojë një llogaritje të besueshme të vetive kalorike dhe akustike duke përdorur marrëdhëniet e njohura termodinamike.

2. Koeficientët mesatarë numer i madh ekuacionet e gjendjes, ekuivalente për sa i përket saktësisë së përshkrimit të informacionit fillestar, na lejojnë të marrim një ekuacion që pasqyron të gjithë sipërfaqen termodinamike (për një grup të caktuar të dhënash eksperimentale midis ekuacioneve të tipit të pranuar). Një mesatare e tillë bën të mundur vlerësimin e gabimit të mundshëm të rastësishëm në vlerat e llogaritura të sasive termike, kalorike dhe akustike, pa marrë parasysh ndikimin e gabimit sistematik të të dhënave eksperimentale, , - dhe gabimin e shkaktuar nga zgjedhja e forma e ekuacionit të gjendjes.

Ekuacioni mesatar i gjendjes së ajrit të lëngët dhe të gaztë ka formën

Ku; ; .

Ekuacioni është përpiluar në bazë të vlerave më të besueshme të densitetit eksperimental të marra në punime dhe që mbulojnë diapazonin e temperaturës 65-873 K dhe presionet 0,01-228 MPa. Të dhënat eksperimentale përshkruhen nga një ekuacion me një gabim mesatar katror prej 0,11%. Koeficientët e ekuacionit mesatar të gjendjes janë marrë si rezultat i përpunimit të një sistemi prej 53 ekuacionesh që janë ekuivalente në saktësi me përshkrimin e të dhënave eksperimentale. Në llogaritjet janë marrë vlerat e mëposhtme të parametrave konstante të gazit dhe kritike: 287.1 J/(kg K); 132,5 K; 0,00316 m/kg.

Koeficientët e ekuacionit të gjendjes mesatare të ajrit:

Entalpia, entropia dhe kapaciteti i nxehtësisë izobarike u përcaktuan duke përdorur formulat

Ku , , janë entalpia, entropia dhe kapaciteti i nxehtësisë izokorik në gjendjen ideale të gazit. Vlerat e dhe përcaktohen nga marrëdhëniet

Ku dhe janë entalpia dhe entropia në temperaturë; - nxehtësia e sublimimit në 0 K; - konstante (0 në këtë punë).

Vlera e nxehtësisë së sublimimit të ajrit është llogaritur në bazë të të dhënave për nxehtësinë e sublimimit të përbërësve të tij dhe është e barabartë me 253.4 kJ/kg (në llogaritjet është supozuar se ajri nuk përmban CO dhe përbëhet nga 78.11% N, 20,96% O dhe 0,93% Ar në vëllim). Vlerat e entalpisë dhe entropisë në një temperaturë prej 100 K, e cila është një pikë referimi ndihmëse kur integrohet ekuacioni për , janë përkatësisht 3,48115 kJ/kg dhe 20,0824 kJ/(kg K).

Kapaciteti izobarik i nxehtësisë në gjendjen ideale të gazit është huazuar nga puna dhe përafrohet me një polinom

Gabimi mesatar katror i përafrimit të të dhënave fillestare në intervalin e temperaturës 50-2000 K është 0,009%, maksimumi është rreth 0,02%.

Gabimet e rastësishme të vlerave të llogaritura llogariten me një probabilitet besimi prej 0.997 duke përdorur formulën

Ku është vlera mesatare e funksionit termodinamik; - vlera e të njëjtit funksion të marrë nga ekuacioni i një sistemi që përmban ekuacione.

Tabelat 1-4 tregojnë vlerat e funksioneve termodinamike të ajrit, dhe tabelat 5-8 tregojnë gabimet përkatëse të rastit. Vlerat e gabimit në tabelat 5-8 janë paraqitur për një pjesë të izobareve, dhe vlerat për izobaret e ndërmjetme mund të merren me saktësi të pranueshme me interpolim linear. Gabimet e rastësishme në vlerat e llogaritura pasqyrojnë përhapjen e kësaj të fundit në lidhje me ekuacionin mesatar të gjendjes; për densitet ato janë dukshëm më pak se gabimi mesatar katror në përshkrimin e grupit origjinal të të dhënave eksperimentale, që shërben vlerësim integral dhe përfshin devijime të mëdha për disa të dhëna të karakterizuara nga shpërndarje.

Tabela 1

Dendësia e ajrit

vazhdimi

	kg/m, në , MPa,

tabela 2

Entalpia e ajrit

vazhdimi

	KJ/kg, në , MPa,

Tabela 3

Entropia e ajrit

vazhdimi

	KJ/(kg, K), në , MPa,

Tabela 4

Kapaciteti izobarik i nxehtësisë së ajrit

________________

* Teksti i dokumentit korrespondon me origjinalin. - Shënim i prodhuesit të bazës së të dhënave.

vazhdimi

	KJ/(kg, K), në , MPa,

Tabela 5. Gabimet mesatare katrore të rastit të vlerave të llogaritura të densitetit

, %, në , MPa

Tabela 6. Rrënja e gabimeve të rastësishme mesatare katrore të vlerave të llogaritura të entalpisë

KJ/kg, në , MPa

Për shkak të përdorimit të formës virale të ekuacionit të gjendjes, tabelat nuk pretendojnë të përshkruajnë me saktësi vetitë termodinamike në afërsi. pikë kritike(126-139 K, 190-440 kg/m).

Informacion në lidhje me studimet eksperimentale të vetive termodinamike të ajrit, metodat për përpilimin e ekuacionit të gjendjes dhe llogaritjes së tabelave, konsistencën e vlerave të llogaritura me të dhënat eksperimentale, si dhe tabelat më të detajuara që përmbajnë informacion shtesë në lidhje me kapacitetin e nxehtësisë izokorik, shpejtësinë e zërit, Në punim jepen nxehtësia e avullimit, efekti i mbytjes, disa derivate dhe veti në kurbat e vlimit dhe të kondensimit.

BIBLIOGRAFI

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

2. Michels A., Wassenaar T., Van Seventer W. Izotermat e ajrit ndërmjet 0 °C dhe 75 °C dhe në presione deri në 2200 atm. -Aplik. Shkencë. Res., 1953, vëll. 4, nr 1, f.52-56.

3. Izotermat e kompresueshmërisë së ajrit në temperatura ndërmjet -25 °C dhe -155 °C dhe në densitet deri në 560 Amagat (Presione deri në 1000 atmosfera) / Michels A.. Wassenaar T., Levelt J.M., De Graaff W. - Appl . Shkencë. Res., 1954, vëll. A 4, N 5-6, f.381-392.

4. Studim eksperimental vëllime specifike të ajrit/Vukalovich M.P., Zubarev V.N., Aleksandrov A.A., Kozlov A.D. - Inxhinieri termike, 1968, N 1, f.70-73.

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

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

7. Matja e densitetit të ajrit në temperatura 78-190 K deri në një presion prej 600 bar / Wasserman A.A., Golovsky E.A., Mitsevich E.P., Tsymarny V.A., M., 1975. (Depozituar në VINITI 28.0725).

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

9. Tabelat e vetive termike të gazeve. Wachington, Gov. shtyp, jashtë., 1955, XI. (Departamenti i tregtisë i SHBA. NBS. Girc. 564).

10. Vetitë termodinamike të ajrit/Sychev V.V., Wasserman A.A., Kozlov A.D. dhe të tjerë M., Shtëpia Botuese Standarde, 1978.

Energjia e transportit (transporti i ftohtë) Lagështia e ajrit. Kapaciteti i nxehtësisë dhe entalpia e ajrit

Lagështia e ajrit. Kapaciteti i nxehtësisë dhe entalpia e ajrit

Ajri atmosferik është një përzierje e ajrit të thatë dhe avullit të ujit (nga 0,2% në 2,6%). Kështu, ajri pothuajse gjithmonë mund të konsiderohet i lagësht.

Përzierja mekanike e ajrit të thatë dhe avullit të ujit quhet ajri i lagësht ose një përzierje ajër-avull. Përmbajtja maksimale e mundshme e lagështisë së avullit në ajër m p.n. varet nga temperatura t dhe presioni P përzierjet. Kur ndryshon t Dhe P ajri mund të shkojë nga fillimisht i pangopur në një gjendje të ngopjes me avujt e ujit, dhe më pas lagështia e tepërt do të fillojë të precipitojë në vëllimin e gazit dhe në sipërfaqet mbyllëse në formën e mjegullës, ngricës ose borës.

Parametrat kryesorë që karakterizojnë gjendjen e ajrit të lagësht janë: temperatura, presioni, vëllimi specifik, përmbajtja e lagështisë, lagështia absolute dhe relative, pesha molekulare, konstantja e gazit, kapaciteti i nxehtësisë dhe entalpia.

Sipas ligjit të Daltonit për përzierjet e gazit presioni total i ajrit të lagësht (P)është shuma e presioneve të pjesshme të ajrit të thatë P c dhe avullit të ujit P p: P = P c + P p.

Në mënyrë të ngjashme, vëllimi V dhe masa m e ajrit të lagësht do të përcaktohen nga marrëdhëniet:

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

Dendësia Dhe vëllimi specifik i ajrit të lagësht (v) përcaktuar:

Pesha molekulare e ajrit të lagësht:

ku B është presioni barometrik.

Meqenëse lagështia e ajrit rritet vazhdimisht gjatë procesit të tharjes dhe sasia e ajrit të thatë në përzierjen avull-ajër mbetet konstante, procesi i tharjes gjykohet nga mënyra se si ndryshon sasia e avullit të ujit për 1 kg ajër të thatë dhe të gjithë treguesit e Përzierja avull-ajër (kapaciteti i nxehtësisë, përmbajtja e lagështisë, entalpia etj.) i referohet 1 kg ajër të thatë të vendosur në ajër të lagësht.

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

Lagështia absolute e ajrit- masa e avullit në 1 m 3 ajër të lagësht. Kjo vlerë numerikisht është e barabartë me .

Lageshtia relative -është raporti i lagështisë absolute të ajrit të pangopur me lagështinë absolute të ajrit të ngopur në kushte të caktuara:

këtu, por më shpesh lagështia relative specifikohet si përqindje.

Për densitetin e ajrit të lagësht, është e vlefshme lidhja e mëposhtme:

Nxehtësia specifike ajri i lagësht:

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

ku c c është kapaciteti specifik i nxehtësisë së ajrit të thatë, c c = 1.0;

c p - kapaciteti specifik i nxehtësisë së avullit; me n = 1,8.

Kapaciteti termik i ajrit të thatë në presion konstant dhe intervale të vogla të temperaturës (deri në 100 o C) për llogaritjet e përafërta mund të konsiderohet konstante, e barabartë me 1,0048 kJ/(kg × ° C). Për avullin e mbinxehur, kapaciteti mesatar i nxehtësisë izobarike në presionin atmosferik dhe shkallët e ulëta të mbinxehjes mund të merret gjithashtu si konstante dhe e barabartë me 1,96 kJ/(kg×K).

Entalpia (i) e ajrit të lagësht- ky është një nga parametrat kryesorë të tij, i cili përdoret gjerësisht në llogaritjet e instalimeve të tharjes, kryesisht për të përcaktuar nxehtësinë e shpenzuar për avullimin e lagështisë nga materialet që thahen. Entalpia e ajrit të lagësht i referohet një kilogram ajri të thatë në një përzierje avulli-ajër dhe përcaktohet si shuma e entalpive të ajrit të thatë dhe avullit të ujit, d.m.th.

i = i c + i p ×Х, kJ/kg.

Gjatë llogaritjes së entalpisë së përzierjeve, pika fillestare për entalpitë e secilit komponent duhet të jetë e njëjtë. Për llogaritjet e ajrit të lagësht, mund të supozojmë se entalpia e ujit është zero në 0 o C, atëherë llogarisim edhe entalpinë e ajrit të thatë nga 0 o C, domethënë i in = c në *t = 1,0048t.