ობიექტური

ექსპერიმენტულად განსაზღვრეთ ჰაერის საშუალო სითბოს სიმძლავრის მნიშვნელობები ტემპერატურის დიაპაზონში ტ 1-მდე ტ 2, დაადგინეთ ჰაერის სითბოს სიმძლავრის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე.

1. განსაზღვრეთ გაზის გათბობაზე დახარჯული სიმძლავრე ტ 1

ადრე ტ 2 .

2. დააფიქსირეთ ჰაერის ნაკადის მნიშვნელობები მოცემულ დროის ინტერვალში.

ლაბორატორიის მომზადების სახელმძღვანელო

1. კურსის „სითბოტევადობა“ განყოფილების მუშაობა რეკომენდებული ლიტერატურის მიხედვით.

2. გაეცანით ამ მეთოდოლოგიურ სახელმძღვანელოს.

3. ლაბორატორიული სამუშაოების ოქმის მომზადება, ამ სამუშაოსთან დაკავშირებული საჭირო თეორიული მასალის ჩათვლით (გამოთვლის ფორმულები, დიაგრამები, გრაფიკები).

თეორიული შესავალი

სითბოს ტევადობა- ყველაზე მნიშვნელოვანი თერმოფიზიკური რაოდენობა, რომელიც პირდაპირ ან ირიბად შედის ყველა სითბოს ინჟინერიის გამოთვლებში.

სითბოს სიმძლავრე ახასიათებს ნივთიერების თერმოფიზიკურ თვისებებს და დამოკიდებულია გაზის მოლეკულურ წონაზე μ , ტემპერატურა ტ, წნევა რ, მოლეკულის თავისუფლების ხარისხების რაოდენობა მე, პროცესიდან, რომლის დროსაც ხდება სითბოს მიწოდება ან ამოღება p = const, ვ =კონსტ. სითბოს სიმძლავრე ყველაზე მეტად დამოკიდებულია გაზის მოლეკულურ წონაზე μ . მაგალითად, ზოგიერთი აირისა და მყარი ნივთიერების თბოტევადობა არის

ასე რომ რაც ნაკლები μ , მით უფრო ნაკლებ ნივთიერებას შეიცავს ერთი კილომოლი და მეტი სითბოა საჭირო, რომ აირის ტემპერატურა 1 კ-ით შეიცვალოს. ამიტომ წყალბადი უფრო ეფექტური გამაგრილებელია, ვიდრე, მაგალითად, ჰაერი.

რიცხობრივად, სითბოს სიმძლავრე განისაზღვრება, როგორც სითბოს რაოდენობა, რომელიც უნდა იყოს 1-მდე კგ(ან 1 მ 3), ნივთიერება, რომელიც ცვლის თავის ტემპერატურას 1 კ-ით.

მას შემდეგ, რაც მიწოდებული სითბოს რაოდენობა დქდამოკიდებულია პროცესის ბუნებაზე, მაშინ სითბოს სიმძლავრე ასევე დამოკიდებულია პროცესის ბუნებაზე. ერთსა და იმავე სისტემას სხვადასხვა თერმოდინამიკურ პროცესებში აქვს განსხვავებული სითბოს სიმძლავრე - cp, CV, c n. ყველაზე დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს cpდა CV.

აირების მოლეკულურ-კინემატიკური თეორიის (MKT) მიხედვით, მოცემული პროცესისთვის სითბოს სიმძლავრე დამოკიდებულია მხოლოდ მოლეკულურ წონაზე. მაგალითად, სითბოს სიმძლავრე cpდა CVშეიძლება განისაზღვროს როგორც

ჰაერისთვის ( კ = 1,4; რ = 0,287 კჯ/(კგ· TO))

კჯ/კგ

მოცემული იდეალური გაზისთვის სითბოს სიმძლავრე დამოკიდებულია მხოლოდ ტემპერატურაზე, ე.ი.

სხეულის სითბოს მოცულობა ამ პროცესშისითბოს თანაფარდობას უწოდებენ დქმიღებული სხეულის მიერ მისი მდგომარეობის უსასრულოდ მცირე ცვლილებით სხეულის ტემპერატურის ცვლილებამდე dt

ნამდვილი და საშუალო სითბოს სიმძლავრე

სამუშაო სითხის ნამდვილი სითბური სიმძლავრის ქვეშ გასაგებია:

ჭეშმარიტი სითბოს სიმძლავრე გამოხატავს სამუშაო სითხის სითბოს სიმძლავრის მნიშვნელობას მოცემული პარამეტრებისთვის.

გადაცემული სითბოს რაოდენობა. გამოხატული ნამდვილი სითბოს სიმძლავრის მეშვეობით, შეიძლება გამოითვალოს განტოლებით

განასხვავებენ:

სითბოს სიმძლავრის წრფივი დამოკიდებულება ტემპერატურაზე

სადაც ა- სითბოს სიმძლავრე ზე ტ= 0 °С;

ბ = ტგα - ფერდობის ფაქტორი.

სითბოს სიმძლავრის არაწრფივი დამოკიდებულება ტემპერატურაზე.

მაგალითად, ჟანგბადისთვის, განტოლება იწერება როგორც

კჯ/(კგ K)

საშუალო სითბოს სიმძლავრის ქვეშ თგაიგეთ 1-2 პროცესში სითბოს რაოდენობის თანაფარდობა ტემპერატურის შესაბამის ცვლილებასთან

კჯ/(კგ K)

საშუალო სითბოს სიმძლავრე გამოითვლება შემდეგნაირად:

სად ტ = ტ 1 + ტ 2 .

სითბოს გამოთვლა განტოლების მიხედვით

რთულია, რადგან ცხრილები იძლევა სითბოს სიმძლავრის მნიშვნელობას. აქედან გამომდინარე, სითბოს სიმძლავრე დიაპაზონში ტ 1-მდე ტ 2 უნდა განისაზღვროს ფორმულით

.

თუ ტემპერატურა ტ 1 და ტ 2 განისაზღვრება ექსპერიმენტულად, შემდეგ ამისთვის მ კგგაზი, გადაცემული სითბოს რაოდენობა უნდა გამოითვალოს განტოლების მიხედვით

საშუალო თდა თანნამდვილი სითბოს სიმძლავრე დაკავშირებულია განტოლებით:

გაზების უმეტესობისთვის მით უფრო მაღალია ტემპერატურა ტ, რაც უფრო მაღალია სითბოს ტევადობა ვ-ით, პ-ით. ფიზიკურად, ეს ნიშნავს, რომ რაც უფრო ცხელია გაზი, მით უფრო რთულია მისი გაცხელება.

სითბოს სიმძლავრის ექსპერიმენტული მნიშვნელობები სხვადასხვა ტემპერატურაზე წარმოდგენილია ცხრილების, გრაფიკების და ემპირიული ფუნქციების სახით.

განასხვავებენ ნამდვილ და საშუალო თბოტევადობას.

ჭეშმარიტი სითბოს სიმძლავრე C არის მოცემული ტემპერატურის სითბოს სიმძლავრე.

საინჟინრო გამოთვლებში ხშირად გამოიყენება სითბოს სიმძლავრის საშუალო მნიშვნელობა მოცემულ ტემპერატურულ დიაპაზონში (t1;t2).

საშუალო სითბოს სიმძლავრე აღინიშნება ორი გზით: ,.

ამ უკანასკნელი აღნიშვნის მინუსი არის ის, რომ ტემპერატურის დიაპაზონი არ არის მითითებული.

ჭეშმარიტი და საშუალო სითბოს სიმძლავრეები დაკავშირებულია მიმართებით:

ჭეშმარიტი სითბოს სიმძლავრე არის ზღვარი, რომლისკენაც მიისწრაფვის საშუალო სითბოს სიმძლავრე, მოცემულ ტემპერატურულ დიაპაზონში t1…t2, ∆t=t2-t1-ზე.

როგორც გამოცდილება გვიჩვენებს, გაზების უმეტესობისთვის, ტემპერატურის მატებასთან ერთად მატულობს ნამდვილი სითბოს სიმძლავრე. ამ ზრდის ფიზიკური ახსნა შემდეგია:

ცნობილია, რომ გაზის ტემპერატურა არ არის დაკავშირებული ატომებისა და მოლეკულების რხევად მოძრაობასთან, მაგრამ დამოკიდებულია ნაწილაკების ტრანსლაციის მოძრაობის კინეტიკურ ენერგიაზე E k. მაგრამ ტემპერატურის მატებასთან ერთად, გაზზე მიწოდებული სითბო უფრო და უფრო გადანაწილდება რხევითი მოძრაობის სასარგებლოდ, ე.ი. ტემპერატურის მატება იგივე სითბოს შეყვანით ნელდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად.

სითბოს სიმძლავრის ტიპიური დამოკიდებულება ტემპერატურაზე:

c=c 0 + at + bt 2 + dt 3 + … (82)

სადაც c 0, a, b, d არის ემპირიული კოეფიციენტები.

გ - ჭეშმარიტი თბოტევადობა, ე.ი. სითბოს სიმძლავრის მნიშვნელობა მოცემული ტემპერატურისთვის T.

ბიტოპტიმიზაციის მრუდის სითბური სიმძლავრისთვის ეს არის პოლინომი სერიების სახით t-ის სიმძლავრეებით.

ფიტინგის მრუდი ხორციელდება სპეციალური მეთოდების გამოყენებით, მაგალითად, უმცირესი კვადრატების მეთოდით. ამ მეთოდის არსი იმაში მდგომარეობს, რომ მისი გამოყენებისას ყველა წერტილი დაახლოებით თანაბარი მანძილით არის დაშორებული მიახლოებითი მრუდისგან.

საინჟინრო გამოთვლებისთვის, როგორც წესი, ისინი შემოიფარგლება პირველი ორი ტერმინით მარჯვენა მხარეს, ე.ი. სითბოს სიმძლავრის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე მიჩნეულია წრფივი c=c 0 + ზე (83)

საშუალო სითბოს სიმძლავრე გრაფიკულად განისაზღვრება, როგორც დაჩრდილული ტრაპეციის შუა ხაზი, როგორც მოგეხსენებათ, ტრაპეციის შუა ხაზი განისაზღვრება, როგორც ფუძეების ჯამის ნახევარი.

ფორმულები გამოიყენება, თუ ცნობილია ემპირიული დამოკიდებულება.

იმ შემთხვევებში, როდესაც სითბოს სიმძლავრის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე არ შეიძლება დამაკმაყოფილებლად მიუახლოვდეს დამოკიდებულებას c \u003d c 0 + at, შეიძლება გამოყენებულ იქნას შემდეგი ფორმულა:

ეს ფორმულა გამოიყენება იმ შემთხვევებში, როდესაც c-ის დამოკიდებულება t-ზე არსებითად არაწრფივია.

აირების მოლეკულური კინეტიკური თეორიიდან ცნობილია

U  \u003d 12.56T, U  - იდეალური გაზის ერთი კილომოლის შიდა ენერგია.

ადრე მიღებული იდეალური გაზისთვის:

, ,

მიღებული შედეგიდან გამომდინარეობს, რომ MCT-ის გამოყენებით მიღებული სითბოს სიმძლავრე არ არის დამოკიდებული ტემპერატურაზე.

მაიერის განტოლება: c  p -c  v =R  ,

c  p \u003d c  v + R  \u003d 12.56 + 8.314 20.93.

როგორც წინა შემთხვევაში, აირების MKT-ის მიხედვით, მოლეკულური იზობარული სითბოს სიმძლავრე არ არის დამოკიდებული ტემპერატურაზე.

იდეალური გაზის კონცეფცია ყველაზე მეტად შეესაბამება მონატომურ აირებს დაბალ წნევაზე; პრაქტიკაში საქმე გვაქვს 2, 3 ... ატომურ გაზებთან. მაგალითად, ჰაერი, რომელიც მოცულობით შედგება 79% აზოტისგან (N 2), 21% ჟანგბადისგან (O 2) (საინჟინრო გამოთვლებში ინერტული აირები არ არის გათვალისწინებული მათი სიმცირის გამო).

შეფასებისთვის შეგიძლიათ გამოიყენოთ შემდეგი ცხრილი:

მონატომიური
დიატომიური
ტრიატომური

რეალურ გაზებში, იდეალურისგან განსხვავებით, სითბოს სიმძლავრე შეიძლება დამოკიდებული იყოს არა მხოლოდ ტემპერატურაზე, არამედ სისტემის მოცულობასა და წნევაზე.

ექსპერიმენტულ მონაცემებზე დაყრდნობით დადგინდა, რომ რეალური გაზების ჭეშმარიტი თბოტევადობის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე არის მრუდი, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 6.6 და შეიძლება გამოიხატოს როგორც სიმძლავრის სერია თან პ = a +ბტ + dt 2 + ეფ 3 + .... (6.34)

სადაც a, 6, დ,... მუდმივი კოეფიციენტები, რომელთა რიცხვითი მნიშვნელობები დამოკიდებულია გაზის ტიპზე და პროცესის ბუნებაზე. თერმული გამოთვლებით, სითბოს სიმძლავრის არაწრფივი დამოკიდებულება ტემპერატურაზე ხშირად იცვლება წრფივით.

ამ შემთხვევაში, ნამდვილი სითბოს სიმძლავრე განისაზღვრება

განტოლებები
(6.35)

სადაც ტ - ტემპერატურა, °C;ბ= დკ/ dt- კუთხოვანი სწორი ხაზის დახრილობის ფაქტორი n =-ით a +ბტ.

(6.20) საფუძველზე, ჩვენ ვპოულობთ ფორმულას საშუალო სითბოს სიმძლავრისა, როდესაც ის იცვლება ხაზოვანი ტემპერატურის მიხედვით (6.35) შესაბამისად.

(6.36)

თუ ტემპერატურის ცვლილების პროცესი გრძელდება

ინტერვალი O-ტ , შემდეგ (6.36) იღებს ფორმას
(6.37)

სითბოს ტევადობა
საშუალო სითბოს სიმძლავრე ეწოდება

ტემპერატურის დიაპაზონი
და სითბოს მოცულობა

- საშუალო სითბოს სიმძლავრე დიაპაზონში 0- ტ.

ტემპერატურულ დიაპაზონში ჭეშმარიტი და საშუალო გამოთვლების შედეგები O-ტ მასის ან მოლური სითბოს სიმძლავრეების დროს

მუდმივი მოცულობა და წნევა, შესაბამისად, (6.34) და (6.37) განტოლებების მიხედვით მოცემულია საცნობარო ლიტერატურაში. სითბოს და ცივი ინჟინერიის მთავარი ამოცანაა პროცესში ჩართული სითბოს განსაზღვრა. თანაფარდობის შესაბამისად ქ = გ ნ dT და ჭეშმარიტი სითბოს სიმძლავრის ტემპერატურაზე არაწრფივი დამოკიდებულებით, სითბოს რაოდენობა განისაზღვრება დიაგრამაში დაჩრდილული ელემენტარული ფართობით კოორდინატებით. თან ნ თ(ნახ. 6.6). როდესაც ტემპერატურა იცვლება თ 1 ადრე თ 2 თვითნებური საბოლოო პროცესში, შემავალი ან გამომავალი სითბოს რაოდენობა განისაზღვრება (6.38) შესაბამისად:

(6.38)

და განისაზღვრება იმავე დიაგრამაზე (ნახ. 6.6) 12T 2 T 1 1 ფართობით. (6.38) მნიშვნელობის ჩანაცვლება n \u003d f (T) მოცემული გაზისთვის (6.34) მიმართებით. ) და ინტეგრირებით, ვიღებთ გაანგარიშების ფორმულას გაზის ტემპერატურის ცვლილების მოცემულ ინტერვალში სითბოს დასადგენად, რომელიც, თუმცა, გამომდინარეობს (6.16):

თუმცა, ვინაიდან საცნობარო ლიტერატურაში არის მხოლოდ საშუალო სითბოს სიმძლავრე ტემპერატურის დიაპაზონში 0- ტ, მაშინ 12 პროცესში სითბოს რაოდენობა შეიძლება განისაზღვროს არა მხოლოდ წინა ფორმულით, არამედ შემდეგნაირად: ცხადია, თანაფარდობა სითბოს სიმძლავრეებს შორის საშუალოა ტემპერატურულ ინტერვალებში. თ 1 - თ 2 და 0- ტ:

მიწოდებული (ამოღებული) სითბოს რაოდენობა მ კგ სამუშაო სითხეზე

V m 3 გაზზე მიწოდებული სითბოს რაოდენობა განისაზღვრება ფორმულით

მოქმედი სითხის n მოლზე მიწოდებული (ამოღებული) სითბოს რაოდენობა არის

6.10 სითბოს სიმძლავრის მოლეკულურ-კინეტიკური თეორია

სითბოს სიმძლავრის მოლეკულურ-კინეტიკური თეორია ძალიან სავარაუდოა, რადგან იგი არ ითვალისწინებს შიდა ენერგიის ვიბრაციულ და პოტენციურ კომპონენტებს. მაშასადამე, ამ თეორიის მიხედვით, პრობლემაა ნივთიერებისთვის მიწოდებული თერმული ენერგიის განაწილების დადგენა შიდა კინეტიკური ენერგიის მთარგმნელობით და ბრუნვით ფორმებს შორის. მაქსველ-ბოლცმანის განაწილების მიხედვით, თუ ენერგიის გარკვეული რაოდენობა გადაეცემა ძალიან დიდი რაოდენობის მიკრონაწილაკების სისტემას, მაშინ ის ნაწილდება.

მიკრონაწილაკების მთარგმნელობით და ბრუნვის მოძრაობას შორის პროპორციულია მათი თავისუფლების ხარისხით. გაზის მოლეკულის თავისუფლების ხარისხების რაოდენობა (სექცია 5.4) შეესაბამება კოორდინატების რაოდენობას, რომლებიც განსაზღვრავენ მის პოზიციას სივრცეში.

ერთატომური გაზის მოლეკულას აქვს თავისუფლების სამი ხარისხი, რადგან მისი პოზიცია სივრცეში განისაზღვრება სამი კოორდინატით, ხოლო ერთატომური გაზისთვის თავისუფლების ეს სამი ხარისხი არის მთარგმნელობითი მოძრაობის თავისუფლების ხარისხი.

დიატომური გაზისთვის, ერთი ატომის სამი კოორდინატის მნიშვნელობები ჯერ კიდევ არ განსაზღვრავს მოლეკულის პოზიციას სივრცეში, რადგან ერთი ატომის პოზიციის დადგენის შემდეგ, გასათვალისწინებელია, რომ მეორე ატომს აქვს შესაძლებლობა. ბრუნვის მოძრაობის. მეორე ატომის სივრცეში პოზიციის დასადგენად საჭიროა ვიცოდეთ მისი ორი კოორდინატი (ნახ. 6.7), ხოლო მესამე დადგინდება ანალიტიკურ გეომეტრიაში ცნობილი განტოლებიდან.

სადაც არის მანძილი ატომებს შორის. ამრიგად, ცნობილთან ერთად ექვსი კოორდინატიდან მხოლოდ ხუთის ცოდნაა საჭირო. შესაბამისად, დიატომური აირის მოლეკულას აქვს თავისუფლების ხუთი გრადუსი, რომელთაგან სამი არის მთარგმნელობითი და ორი მბრუნავი.

ტრიატომურ გაზის მოლეკულას აქვს თავისუფლების ექვსი ხარისხი - სამი მთარგმნელობითი და სამი ბრუნვითი მოძრაობა. ეს გამომდინარეობს იქიდან, რომ სივრცეში პოზიციის დასადგენად აუცილებელია ვიცოდეთ ატომების ექვსი კოორდინატი, კერძოდ: პირველი ატომის სამი კოორდინატი, მეორე ატომის ორი კოორდინატი და მესამეს ერთი კოორდინატი. შემდეგ ატომების პოზიცია სივრცეში მთლიანად განისაზღვრება, რადგან მათ შორის მანძილი
- დაყენებულია.

თუ ავიღებთ უფრო დიდი ატომის გაზს, ანუ 4 ატომს ან მეტს, მაშინ ასეთი გაზის თავისუფლების გრადუსის რაოდენობა ასევე იქნება ექვსი, რადგან მეოთხე და ყოველი მომდევნო ატომის პოზიცია განისაზღვრება მისი ფიქსირებულით. მანძილი სხვა ატომებისგან.

მატერიის მოლეკულური კინეტიკური თეორიის მიხედვით, თითოეული მოლეკულის მთარგმნელობითი და ბრუნვითი მოძრაობის საშუალო კინეტიკური ენერგია ტემპერატურის პროპორციულია.

და თანაბარი შესაბამისად და
არის ბრუნვის მოძრაობის თავისუფლების გრადუსების რაოდენობა). მაშასადამე, ყველა მოლეკულის მთარგმნელობითი და ბრუნვითი მოძრაობის კინეტიკური ენერგია იქნება ტემპერატურის წრფივი ფუნქცია.

J, (6.39)

ჯ.

განტოლებები (6.39) და (6.40) გამოხატავს ენერგიის თანაბარი გადანაწილების ხსენებულ კანონს თავისუფლების ხარისხებზე, რომლის მიხედვითაც იგივე საშუალო კინეტიკური ენერგია ტოლია 1/2 (kT) მოლეკულების მთარგმნელობითი და ბრუნვითი მოძრაობის თავისუფლების თითოეულ ხარისხზე. .

მოლეკულების ვიბრაციული მოძრაობის ენერგია ტემპერატურის კომპლექსური მზარდი ფუნქციაა და მხოლოდ ზოგიერთ შემთხვევაში მაღალ ტემპერატურაზე შეიძლება მისი დაახლოებით გამოხატვა (6.40) მსგავსი ფორმულით. სითბოს სიმძლავრის მოლეკულურ-კინეტიკური თეორია არ ითვალისწინებს მოლეკულების ვიბრაციულ მოძრაობას.

ამაღელვებელი და მიმზიდველი ძალები მოქმედებს ორ რეალურ გაზის მოლეკულას შორის. იდეალური გაზისთვის არ არსებობს მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია. ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარე, იდეალური გაზის შიდა ენერგია უდრის U=
. როგორც ნ= vnN ა , მაშინ
იდეალური გაზის ერთი მოლის შიდა ენერგია, იმ პირობით, რომ უნივერსალური გაზის მუდმივი განისაზღვრება ორი მუდმივის პროდუქტით:
= kN ა , განისაზღვრება შემდეგნაირად:
,ჯ/მოლ.

T-ის მიმართ დიფერენცირება და ამის ცოდნა დუ / dT = გ რ , ჩვენ ვიღებთ იდეალური გაზის მოლურ სითბოს სიმძლავრეს მუდმივ მოცულობით

კოეფიციენტი
უწოდებენ პუასონის თანაფარდობას ან ადიაბატურ მაჩვენებელს.

იდეალური გაზისთვის, ადიაბატური ინდექსი არის სიდიდე, რომელიც დამოკიდებულია მხოლოდ გაზის მოლეკულების ატომურ სტრუქტურაზე, რომელიც აისახება ცხრილში. 6.1. ადიაბატური მაჩვენებლის სიმბოლური მნიშვნელობა შეიძლება მივიღოთ მაიერის განტოლებიდან თან გვ - გ ვ = რ შემდეგი გარდაქმნების მეშვეობით: კკ ვ - c p = რ, გ ვ (კ- ლ) - რ, საიდან რომ= 1 + რ/ გ ვ . წინა თანასწორობიდან გამომდინარეობს იზოქორული სითბოს სიმძლავრის გამოხატულება ადიაბატური მაჩვენებლის cv = = თვალსაზრისით. რ/(კ- 1) და შემდეგ იზობარული სითბური სიმძლავრე: r. = კრ/(კ- 1).

მაიერის განტოლებიდან თან რ =
ჩვენ ვიღებთ გამოხატულებას იდეალური აირის მოლური სითბოს სიმძლავრის მუდმივ წნევაზე
, ჯ/(მოლ-კ).

მიახლოებითი გამოთვლებისთვის არც თუ ისე მაღალ ტემპერატურაზე, როდესაც მოლეკულებში ატომების ვიბრაციული მოძრაობის ენერგია შეიძლება იგნორირებული იყოს მისი სიმცირის გამო, შეიძლება გამოყენებულ იქნას მიღებული მოლური სითბოს სიმძლავრეები. ერთად ვ და თან გვ აირების ატომურობის ფუნქციით. სითბოს სიმძლავრის მნიშვნელობები მოცემულია ცხრილში. 6.1.

ცხრილი 6.1

სითბოს სიმძლავრის მნიშვნელობები მოლეკულური კინეტიკის მიხედვითგაზის თეორია

სითბოს ტევადობა გაზის ატომურობა
	მოლი სეტყვა		მოლი სეტყვა
ერთატომური გაზი ორატომური გაზი ტრიატომური ან მეტი ატომური გაზი		12,5 20,8 29,1		20.8 29.1 37.4	1,67 1,40 1,28

სითბოს სიმძლავრე არის სისტემაში გადაცემული სითბოს თანაფარდობა ტემპერატურის მატებასთან, რომელიც შეინიშნება ამ შემთხვევაში (ქიმიური რეაქციის არარსებობის შემთხვევაში, ნივთიერების გადასვლა აგრეგაციის ერთი მდგომარეობიდან მეორეზე და A"=0-ზე. )

სითბოს სიმძლავრე ჩვეულებრივ გამოითვლება 1 გ მასაზე, შემდეგ მას უწოდებენ სპეციფიკურ (J / g * K), ან 1 მოლზე (J / mol * K), შემდეგ მას უწოდებენ მოლარს.

გამოარჩევენ საშუალო და ჭეშმარიტისითბოს ტევადობა.

Შუასითბოს სიმძლავრე არის სითბოს სიმძლავრე ტემპერატურულ დიაპაზონში, ანუ სხეულზე გადაცემული სითბოს თანაფარდობა მისი ტემპერატურის მატებასთან ΔТ-ით.

მართალიასხეულის სითბოს სიმძლავრე არის სხეულის მიერ მიღებული სითბოს უსასრულო რაოდენობის თანაფარდობა მისი ტემპერატურის შესაბამის ზრდასთან.

მარტივია კავშირის დამყარება საშუალო და ნამდვილ თბოტევადობას შორის:

Q-ის მნიშვნელობების ჩანაცვლებით საშუალო სითბოს სიმძლავრის გამოსახულებაში, გვაქვს:

ჭეშმარიტი სითბოს სიმძლავრე დამოკიდებულია ნივთიერების ბუნებაზე, ტემპერატურაზე და იმ პირობებზე, რომლებშიც ხდება სითბოს გადაცემა სისტემაში.

ასე რომ, თუ სისტემა ჩასმულია მუდმივ მოცულობაში, ე.ი იზოქორიულიპროცესი გვაქვს:

თუ სისტემა ფართოვდება ან იკუმშება, ხოლო წნევა მუდმივი რჩება, ე.ი. ამისთვის იზობარულიპროცესი გვაქვს:

მაგრამ ΔQ V = dU და ΔQ P = dH, შესაბამისად

C V = (∂U/∂T) v, და C P = (∂H/∂T) p

(თუ ერთი ან მეტი ცვლადი მუდმივია, ხოლო სხვები იცვლება, მაშინ წარმოებულები ამბობენ, რომ ნაწილობრივია ცვლადის მიმართ).

ორივე თანაფარდობა მოქმედებს ნებისმიერ ნივთიერებაზე და აგრეგაციის ნებისმიერ მდგომარეობაზე. C V-სა და C P-ს შორის ურთიერთობის საჩვენებლად, აუცილებელია დიფერენცირება გამოხატოს ენთალპიისთვის H \u003d U + pV /

იდეალური აირისთვის pV=nRT

ერთი მოლისთვის ან

განსხვავება R არის იდეალური გაზის 1 მოლის იზობარული გაფართოების სამუშაო, როდესაც ტემპერატურა იზრდება ერთი ერთეულით.

სითხეებისა და მყარი ნივთიერებებისთვის, გაცხელებისას მოცულობის მცირე ცვლილების გამო, С P = С V

ქიმიური რეაქციის თერმული ეფექტის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე, კირჩჰოფის განტოლებები.

ჰესის კანონის გამოყენებით, შეიძლება გამოვთვალოთ რეაქციის თერმული ეფექტი ტემპერატურაზე (ჩვეულებრივ 298K), რომლის დროსაც იზომება რეაქციაში ყველა მონაწილის ფორმირების ან წვის სტანდარტული სიცხეები.

მაგრამ უფრო ხშირად საჭიროა ვიცოდეთ რეაქციის თერმული ეფექტი სხვადასხვა ტემპერატურაზე.

განვიხილოთ რეაქცია:

ν A A+ν B B= ν C С+ν D D

H-ით ავღნიშნოთ რეაქციის მონაწილის ენთალპია 1 მოლზე. რეაქციის ენთალპიის ΔΗ (T) მთლიანი ცვლილება გამოიხატება განტოლებით:

ΔΗ \u003d (ν C H C + ν D H D) - (ν A H A + ν B H B); va, vb, vc, vd - სტექიომეტრიული კოეფიციენტები. x.r.

თუ რეაქცია მიმდინარეობს მუდმივი წნევით, მაშინ ენთალპიის ცვლილება ტოლი იქნება რეაქციის სითბურ ეფექტს. და თუ განვასხვავებთ ამ განტოლებას ტემპერატურის მიმართ, მივიღებთ:

იზობარული და იზოქორული პროცესის განტოლებები

და

დაურეკა კირჩჰოფის განტოლებები(დიფერენციალური ფორმით). იძლევიან საშუალებას ხარისხობრივადშეაფასეთ თერმული ეფექტის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე.

ტემპერატურის გავლენა თერმულ ეფექტზე განისაზღვრება ΔС p (ან ΔС V) მნიშვნელობის ნიშნით.

ზე ∆С p > 0მნიშვნელობა, ანუ ტემპერატურის მატებასთან ერთად თერმული ეფექტი იზრდება

ზე ∆С გვ< 0 ანუ ტემპერატურის მატებასთან ერთად მცირდება თერმული ეფექტი.

ზე ∆С p = 0- რეაქციის თერმული ეფექტი არ არის დამოკიდებული ტემპერატურაზე

ანუ, როგორც აქედან გამომდინარეობს, ΔС p განსაზღვრავს ნიშანს ΔН-ის წინ.

სითბოს სიმძლავრე არის სითბოს გარკვეული რაოდენობის შთანთქმის უნარი გაცხელებისას ან გაციებისას. სხეულის სითბოს სიმძლავრე არის სითბოს უსასრულო რაოდენობის თანაფარდობა, რომელსაც სხეული იღებს მისი ტემპერატურის მაჩვენებლების შესაბამის ზრდასთან. მნიშვნელობა იზომება J/K-ში. პრაქტიკაში, ოდნავ განსხვავებული მნიშვნელობა გამოიყენება - სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე.

განმარტება

რას ნიშნავს სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე? ეს არის რაოდენობა, რომელიც დაკავშირებულია ნივთიერების ერთ რაოდენობასთან. შესაბამისად, ნივთიერების რაოდენობა შეიძლება გაიზომოს კუბურ მეტრებში, კილოგრამებში ან თუნდაც მოლში. რაზეა ეს დამოკიდებული? ფიზიკაში სითბოს სიმძლავრე პირდაპირ დამოკიდებულია იმაზე, თუ რომელ რაოდენობრივ ერთეულზეა საუბარი, რაც ნიშნავს, რომ ისინი განასხვავებენ მოლარულ, მასურ და მოცულობით თბოტევადობას. სამშენებლო ინდუსტრიაში თქვენ არ შეხვდებით მოლარის გაზომვებს, არამედ სხვებს - ყოველთვის.

რა გავლენას ახდენს სპეციფიკურ სითბოს მოცულობაზე?

თქვენ იცით, რა არის სითბოს მოცულობა, მაგრამ რა მნიშვნელობები გავლენას ახდენს ინდიკატორზე, ჯერ არ არის ნათელი. სპეციფიკური სითბოს მნიშვნელობაზე პირდაპირ გავლენას ახდენს რამდენიმე კომპონენტი: ნივთიერების ტემპერატურა, წნევა და სხვა თერმოდინამიკური მახასიათებლები.

პროდუქტის ტემპერატურის მატებასთან ერთად იზრდება მისი სპეციფიკური თბოტევადობა, თუმცა, გარკვეული ნივთიერებები განსხვავდება ამ დამოკიდებულების სრულიად არაწრფივი მრუდით. მაგალითად, ტემპერატურის ინდიკატორების ნულიდან ოცდაშვიდი გრადუსამდე ზრდით, წყლის სპეციფიკური სითბური სიმძლავრე იწყებს კლებას და თუ ზღვარი არის ოცდაშვიდიდან ას გრადუსამდე, მაშინ მაჩვენებელი, პირიქით, იქნება. მომატება.

აღსანიშნავია, რომ პარამეტრი ასევე დამოკიდებულია იმაზე, თუ როგორ შეიძლება შეიცვალოს პროდუქტის თერმოდინამიკური მახასიათებლები (წნევა, მოცულობა და ა.შ.). მაგალითად, სპეციფიკური სითბო სტაბილურ წნევაზე და სტაბილურ მოცულობაზე განსხვავებული იქნება.

როგორ გამოვთვალოთ პარამეტრი?

გაინტერესებთ რა არის სითბოს სიმძლავრე? გაანგარიშების ფორმულა შემდეგია: C \u003d Q / (m ΔT). რა არის ეს ღირებულებები? Q არის სითბოს რაოდენობა, რომელსაც პროდუქტი იღებს გაცხელებისას (ან გამოყოფს პროდუქტის მიერ გაგრილების დროს). m არის პროდუქტის მასა და ΔT არის სხვაობა პროდუქტის საბოლოო და საწყის ტემპერატურას შორის. ქვემოთ მოცემულია ზოგიერთი მასალის სითბური სიმძლავრის ცხრილი.

რა შეიძლება ითქვას სითბოს სიმძლავრის გაანგარიშებაზე?

სითბოს სიმძლავრის გამოთვლა ადვილი საქმე არ არის, მით უმეტეს, თუ მხოლოდ თერმოდინამიკური მეთოდები გამოიყენება, ამის უფრო ზუსტად გაკეთება შეუძლებელია. ამიტომ, ფიზიკოსები იყენებენ სტატისტიკური ფიზიკის მეთოდებს ან პროდუქტების მიკროსტრუქტურის ცოდნას. როგორ გამოვთვალოთ გაზი? გაზის სითბოს სიმძლავრე გამოითვლება ნივთიერებაში ცალკეული მოლეკულების თერმული მოძრაობის საშუალო ენერგიის გაანგარიშებით. მოლეკულების მოძრაობები შეიძლება იყოს მთარგმნელობითი და ბრუნვითი ტიპის, ხოლო მოლეკულის შიგნით შეიძლება იყოს მთელი ატომი ან ატომების ვიბრაცია. კლასიკური სტატისტიკა ამბობს, რომ ბრუნვისა და მთარგმნელობითი მოძრაობების თავისუფლების თითოეულ ხარისხზე არის მოლური მნიშვნელობა, რომელიც უდრის R/2-ს, ხოლო თავისუფლების ყოველი ვიბრაციული ხარისხისთვის, მნიშვნელობა უდრის R-ს. ამ წესს ასევე უწოდებენ თანაბარი დაყოფის კანონი.

ამ შემთხვევაში, მონატომური აირის ნაწილაკი განსხვავდება თავისუფლების მხოლოდ სამი მთარგმნელობითი ხარისხით და, შესაბამისად, მისი სითბოს სიმძლავრე უნდა იყოს 3R/2-ის ტოლი, რაც შესანიშნავად შეესაბამება ექსპერიმენტს. თითოეულ დიატომურ გაზის მოლეკულას აქვს თავისუფლების სამი მთარგმნელობითი, ორი ბრუნვითი და ერთი ვიბრაციული ხარისხი, რაც ნიშნავს, რომ თანაბარი განაწილების კანონი იქნება 7R/2 და გამოცდილებამ აჩვენა, რომ დიატომური აირის მოლი სითბოს სიმძლავრე ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე არის 5R/ 2. რატომ იყო ასეთი შეუსაბამობა თეორიაში? ყველაფერი განპირობებულია იმით, რომ სითბოს სიმძლავრის დადგენისას საჭირო იქნება სხვადასხვა კვანტური ეფექტის გათვალისწინება, სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, კვანტური სტატისტიკის გამოყენება. როგორც ხედავთ, სითბოს სიმძლავრე საკმაოდ რთული კონცეფციაა.

კვანტური მექანიკა ამბობს, რომ ნაწილაკების ნებისმიერ სისტემას, რომელიც რხევა ან ბრუნავს, გაზის მოლეკულის ჩათვლით, შეიძლება ჰქონდეს გარკვეული დისკრეტული ენერგეტიკული მნიშვნელობები. თუ დამონტაჟებულ სისტემაში თერმული მოძრაობის ენერგია არასაკმარისია საჭირო სიხშირის რხევების აღგზნებისთვის, მაშინ ეს რხევები არ უწყობს ხელს სისტემის სითბოს სიმძლავრეს.

მყარ სხეულებში ატომების თერმული მოძრაობა არის სუსტი რხევა გარკვეული წონასწორობის პოზიციების ირგვლივ, ეს ეხება კრისტალური მედის კვანძებს. ატომს აქვს თავისუფლების სამი ვიბრაციული ხარისხი და, კანონის თანახმად, მყარი სხეულის მოლური სითბოს მოცულობა უდრის 3nR, სადაც n არის მოლეკულაში არსებული ატომების რაოდენობა. პრაქტიკაში, ეს მნიშვნელობა არის ზღვარი, რომლისკენაც სხეულის სითბოს სიმძლავრე მიდრეკილია მაღალ ტემპერატურაზე. მნიშვნელობა მიიღწევა მრავალი ელემენტის ნორმალური ტემპერატურის ცვლილებებით, ეს ეხება ლითონებს, ასევე მარტივ ნაერთებს. ასევე განისაზღვრება ტყვიის და სხვა ნივთიერებების თბოტევადობა.

რა შეიძლება ითქვას დაბალ ტემპერატურაზე?

ჩვენ უკვე ვიცით, რა არის სითბოს სიმძლავრე, მაგრამ თუ ვსაუბრობთ დაბალ ტემპერატურაზე, როგორ გამოითვლება მნიშვნელობა მაშინ? თუ ვსაუბრობთ დაბალი ტემპერატურის ინდიკატორებზე, მაშინ მყარი სხეულის სითბოს სიმძლავრე მაშინ აღმოჩნდება პროპორციული თ 3 ან ეგრეთ წოდებული დების კანონი სითბოს სიმძლავრის შესახებ. მაღალი ტემპერატურების დაბალიდან განასხვავების მთავარი კრიტერიუმია მათი ჩვეულებრივი შედარება კონკრეტული ნივთიერებისთვის დამახასიათებელ პარამეტრთან - ეს შეიძლება იყოს დამახასიათებელი ან Debye ტემპერატურა q D. წარმოდგენილი მნიშვნელობა დგინდება პროდუქტში ატომების ვიბრაციის სპექტრით და მნიშვნელოვნად არის დამოკიდებული კრისტალურ სტრუქტურაზე.

ლითონებში გამტარი ელექტრონები გარკვეულ წვლილს ასრულებენ სითბოს სიმძლავრის განვითარებაში. სითბოს სიმძლავრის ეს ნაწილი გამოითვლება ფერმი-დირაკის სტატისტიკის გამოყენებით, რომელიც ითვალისწინებს ელექტრონებს. ლითონის ელექტრონული სითბოს სიმძლავრე, რომელიც პროპორციულია ჩვეულებრივი სითბოს სიმძლავრისა, არის შედარებით მცირე მნიშვნელობა და იგი ხელს უწყობს ლითონის სითბოს მოცულობას მხოლოდ აბსოლუტურ ნულთან მიახლოებულ ტემპერატურაზე. შემდეგ გისოსების სითბოს სიმძლავრე ხდება ძალიან მცირე და შეიძლება უგულებელყო.

მასობრივი სითბოს მოცულობა

მასის სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა ნივთიერების მასის ერთეულამდე მისატანად, რათა პროდუქტი გაცხელდეს ერთეულ ტემპერატურაზე. ეს მნიშვნელობა აღინიშნება ასო C-ით და ის იზომება ჯოულებში გაყოფილი კილოგრამზე კელვინზე - J / (კგ K). ეს არის ყველაფერი, რაც ეხება მასის სითბოს სიმძლავრეს.

რა არის მოცულობითი სითბოს მოცულობა?

მოცულობითი სითბოს სიმძლავრე არის სითბოს გარკვეული რაოდენობა, რომელიც უნდა მიიყვანოთ წარმოების ერთეულ მოცულობამდე, რათა გაცხელდეს იგი ერთეულ ტემპერატურაზე. ეს მაჩვენებელი იზომება ჯოულებში, გაყოფილი კუბურ მეტრზე კელვინზე ან J / (m³ K). ბევრ შენობის საცნობარო წიგნში განიხილება სამუშაოს მასის სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე.

სითბოს სიმძლავრის პრაქტიკული გამოყენება სამშენებლო ინდუსტრიაში

სითბოს მდგრადი კედლების მშენებლობაში აქტიურად გამოიყენება მრავალი სითბოს ინტენსიური მასალა. ეს ძალზე მნიშვნელოვანია სახლებისთვის, რომლებიც ხასიათდება პერიოდული გათბობით. მაგალითად, ღუმელი. სითბოს ინტენსიური პროდუქტები და მათგან აშენებული კედლები შესანიშნავად აგროვებს სითბოს, ინახავს მას გათბობის პერიოდში და თანდათან გამოყოფს სითბოს სისტემის გამორთვის შემდეგ, რაც საშუალებას გაძლევთ შეინარჩუნოთ მისაღები ტემპერატურა მთელი დღის განმავლობაში.

ასე რომ, რაც მეტი სითბო ინახება სტრუქტურაში, მით უფრო კომფორტული და სტაბილური იქნება ოთახებში ტემპერატურა.

უნდა აღინიშნოს, რომ საბინაო მშენებლობაში გამოყენებული ჩვეულებრივი აგური და ბეტონი მნიშვნელოვნად დაბალია სითბოს ტევადობით, ვიდრე გაფართოებული პოლისტირონი. თუ ავიღებთ ecowool-ს, მაშინ ის სამჯერ უფრო სითბოს მომხმარებელია ვიდრე ბეტონი. უნდა აღინიშნოს, რომ სითბოს სიმძლავრის გამოთვლის ფორმულაში ტყუილად არ არის მასა. ბეტონის ან აგურის დიდი მასის გამო, ecowool-თან შედარებით, ის საშუალებას იძლევა დაგროვდეს დიდი რაოდენობით სითბო კონსტრუქციების ქვის კედლებში და გაათანაბროს ყველა ყოველდღიური ტემპერატურის რყევები. იზოლაციის მხოლოდ მცირე მასა ყველა კარკასულ სახლებში, მიუხედავად კარგი თბოტევადობისა, არის ყველაზე სუსტი ტერიტორია ყველა ჩარჩო ტექნოლოგიისთვის. ამ პრობლემის გადასაჭრელად ყველა სახლში დამონტაჟებულია შთამბეჭდავი სითბოს აკუმულატორები. რა არის ეს? ეს არის სტრუქტურული ნაწილები, რომლებიც ხასიათდება დიდი მასით საკმაოდ კარგი სითბოს სიმძლავრის ინდექსით.

სითბოს აკუმულატორების მაგალითები ცხოვრებაში

რა შეიძლება იყოს? მაგალითად, ზოგიერთი შიდა აგურის კედელი, დიდი ღუმელი ან ბუხარი, ბეტონის ნაკაწრები.

ავეჯი ნებისმიერ სახლში ან ბინაში არის შესანიშნავი სითბოს აკუმულატორი, რადგან პლაივუდი, ჩიპბორდი და ხის რეალურად შეუძლიათ სითბოს შენახვა მხოლოდ თითო კილოგრამ წონაზე სამჯერ მეტი, ვიდრე ცნობილი აგური.

არის თუ არა რაიმე ნაკლი თერმული შენახვისას? რა თქმა უნდა, ამ მიდგომის მთავარი მინუსი არის ის, რომ სითბოს აკუმულატორი უნდა დაპროექტდეს ჩარჩო სახლის განლაგების შექმნის ეტაპზე. ყველაფერი იმის გამო, რომ ის ძალიან მძიმეა და ამის გათვალისწინება დაგჭირდებათ საძირკვლის შექმნისას, შემდეგ კი წარმოიდგინეთ, როგორ იქნება ეს ობიექტი ინტეგრირებული ინტერიერში. აღსანიშნავია, რომ აუცილებელია გავითვალისწინოთ არა მხოლოდ მასა, საჭირო იქნება სამუშაოში ორივე მახასიათებლის შეფასება: მასა და სითბოს სიმძლავრე. მაგალითად, თუ თქვენ იყენებთ ოქროს წარმოუდგენელი მასით ოცი ტონა კუბურ მეტრზე, როგორც სითბოს შესანახად, მაშინ პროდუქტი იმუშავებს ისე, როგორც უნდა მხოლოდ ოცდასამი პროცენტით უკეთესი, ვიდრე ბეტონის კუბი, რომელიც იწონის ორნახევარ ტონას.

რომელი ნივთიერებაა ყველაზე შესაფერისი სითბოს შესანახად?

სითბოს აკუმულატორისთვის საუკეთესო პროდუქტი საერთოდ არ არის ბეტონი და აგური! სპილენძი, ბრინჯაო და რკინა ამას კარგად აკეთებს, მაგრამ ისინი ძალიან მძიმეა. უცნაურად საკმარისია, მაგრამ საუკეთესო სითბოს აკუმულატორი წყალია! სითხეს აქვს შთამბეჭდავი სითბოს ტევადობა, ყველაზე დიდი ჩვენთვის ხელმისაწვდომ ნივთიერებებს შორის. მხოლოდ ჰელიუმის გაზებს (5190 ჯ/(კგ K) და წყალბადს (14300 ჯ/(კგ კ)) აქვთ მეტი თბოტევადობა, მაგრამ მათი გამოყენება პრობლემურია პრაქტიკაში. სურვილის შემთხვევაში და საჭიროების შემთხვევაში იხილეთ ნივთიერებების თბოტევადობის ცხრილი. შენ გჭირდება.