2.1. Способы задания теплоемкости.

• Теплоемкостью тела называют количество теплоты, необходимое для изменения ее температуры на 1К. В тепловых расчетах теплоемкость используется для определения количества подведенной (отведенной) теплоты в процессе.

• В зависимости от того, в каких единицах задано количество вещества» в расчетах используют следующие виды удельной теплоемкости:

• массовую теплоемкость С, отнесенную к 1 кг массы, Дж/(кг· К);

• молярную теплоемкость μC, отнесенную к 1 кмолю вещества Дж/(кмоль· К); (приложение 1 табл.3); μ - молярная масса, кг/кмоль (приложение 1 табл. 1);

• объемную теплоемкость С, отнесенную к количеству вещества,

содержащемуся в м при нормальных условиях, Дж/(м³· К).

Удельные теплоемкости связаны между собой соотношением

(2.1)

где ρ – плотность вещества при нормальных условиях, кг/м ,

Часто удельную теплоемкость называют просто теплоемкостью.

2.2. Теплоемкости различных газовых процессов

Теплоемкость идеального газа зависит от характера процесса подвода (или отвода) теплоты, от атомности газа и температуры (теплоемкость реальных газов зависит также от давления).

Массовая теплоемкость в процессе при постоянном давлении обозначается С_р и называется изобарной, а в процессе при постоянном объеме С_V изохорной. Соответствующие индексы присваивают также молярной и объемной теплоемкостям.

Связь между теплоемкостями С_р и С_V задается уравнением Майера

С_р - С_V = R (2.2)

где R - индивидуальная газовая постоянная, (кДж/кг·К), R=8,314/μ

Величина С_V меньше С_р, так как в случае нагревания идеального газа в замкнутом сосуде постоянного объема, теплота расходуется только на изменение энергии движения его молекул, а при нагревании при постоянном давлении, благодаря расширению газа, одновременно совершается работа против внешних сил.

Для молярных теплоемкостей уравнение Майера имеет вид

μC_p - μC_V=8,31 (2.3)

где 8,314 - универсальная газовая постоянная, кДж/(кмоль·К).

Отношение изобарной теплоемкости к изохорной обозначают К и

называют показателем адиабаты (приложение 1 табл. 1.2).

(2.4)

Из (2.2) с учетом (2.4) получаем

(2.5)

Аналогичные соотношения могут быть записаны для молярных теплоемкостей

(2.6)

откуда

(2.7)

Из приведенных выше соотношений следует, что если для данного газа известна величина μC_V, то тем самым определены все остальные его удельные теплоемкости и показатель адиабаты.

2.3. Экспериментальное определение теплоемкости

Экспериментальное определение теплоемкости проводится в проточном калориметре, через который непрерывно движется исследуемый газ (рис 2.1).

Рис. 2.1. Схема работы проточного калориметра

Внутри калориметра помещен тарированный электронагреватель 3 и два термометра 1 и 2. При течении газа через калориметр его давление остается постоянным, поэтому, измерив температуру газа T₁ до контакта с нагревателем и Т₂ после, подсчитают среднюю массовую изобарную теплоемкость в интервале температур T₁…Т₂.

, (2.8)

где q_p - удельное количество теплоты, сообщенное газу при постоянном давлении, Дж/кг;

ΔТ=Т₂ - Т₁ - разность температур газа до и после подвода к нему теплоты q_p,K.