Toplinski kapacitet sumporovodika pri različitim temperaturama. Specifični toplinski kapacitet prirodnog plina
Ne specifičan, ali ukupni toplinski kapacitet, u općeprihvaćenom fizičkom smislu, sposobnost je tvari da se zagrije. Barem nam to kaže svaki udžbenik toplinske fizike - to klasična definicija toplinski kapacitet(ispravan tekst). Zapravo, ovo je zanimljiva fizička značajka. Malo nam poznata u svakodnevnom životu "strana medalje". Ispada da kada se toplina dovodi izvana (grijanje, zagrijavanje), ne reagiraju sve tvari jednako na toplinu ( Termalna energija) i drugačije se zagrijavaju. Sposobnost PLIN prirodnog podrijetla koji se koristi kao gorivo primati, primiti, zadržati i akumulirati (akumulirati) toplinsku energiju naziva se toplinski kapacitet PRIRODNOG gorivog plina. I sebe toplinski kapacitet metana, je fizikalna karakteristika koja opisuje termofizička svojstva plinovitog goriva. Istovremeno, u različitim primijenjenim aspektima, ovisno o konkretnom praktičnom slučaju, jedna stvar može se pokazati važnom za nas. Na primjer: sposobnost tvari da uzima srdačno ili sposobnost akumulacije Termalna energija ili "talent" da ga zadrži. Međutim, unatoč nekim razlikama, u fizičkom smislu, bit će opisana svojstva koja su nam potrebna toplinski kapacitet metana.
Mala, ali vrlo "gadna smetnja" temeljne prirode je da sposobnost zagrijavanja - toplinski kapacitet metana, izravno je povezan ne samo s kemijski sastav, molekularnom građom tvari, ali i s njezinom količinom (težina, masa, volumen). Zbog takve “neugodne” veze general toplinski kapacitet metana postaje previše nezgodna fizička karakteristika tvari. Budući da jedan mjereni parametar istovremeno opisuje "dvije različite stvari". Naime: stvarno karakterizira termofizička svojstva PRIRODNOG PLINA, međutim, "u prolazu" također vodi računa o njegovoj količini. Formiranje svojevrsne integralne karakteristike, u kojoj su "visoka" toplinska fizika i "banalna" količina materije (u našem slučaju: plinsko gorivo) automatski povezani.
Pa, zašto su nam potrebne takve termofizičke karakteristike, u kojima se jasno prati "neadekvatna psiha"? Sa stajališta fizike, ukupno toplinski kapacitet metana(na najnespretniji način), pokušava ne samo opisati količinu toplinske energije koja se može akumulirati u plinskom gorivu, već nas i "usputno informirati" o količini PRIRODNI GORIVI PLIN. Ispada apsurdno, a ne jasno, razumljivo, stabilno, ispravno termofizičke karakteristike metana. Umjesto korisne konstante prikladne za praktične termofizički proračuni, dan nam je plutajući parametar, koji je zbroj (integral) primljene količine topline PRIRODNI GAS a njegova masa ili volumen metana.
Hvala vam, naravno, na takvom "entuzijazmu", ali količini PRIRODNO GORIVO PLIN Mogu se mjeriti. Dobivši rezultate u mnogo prikladnijem, "ljudskom" obliku. Količina PRIRODNI GORIVI PLIN Ne bih htio "izdvajati" matematičkim metodama i izračunima pomoću složene formule iz općeg toplinski kapacitet metana, na različitim temperaturama, ali saznajte težinu (masu) u gramima (g, g), kilogramima (kg), tonama (tonama), kockama (kubičnim metrima, kubičnim metrima, m3), litrama (l) ili mililitrima (ml ). Pogotovo otkad pametni ljudi davno došao do mjernih instrumenata sasvim prikladnih za te svrhe. Na primjer: vage ili drugi uređaji.
Osobito "iritantna plutajuća priroda" parametra: općenito toplinski kapacitet prirodnog PLINA. Njegovo nestabilno, promjenjivo "raspoloženje". Prilikom promjene "veličine serviranja ili doze", toplinski kapacitet PRIRODNOG PLINA pri različitim temperaturama mijenja odmah. Zapaljivija plinska smjesa, fizikalna veličina, apsolutna vrijednost toplinski kapacitet metana- povećava se. Manja količina zapaljive plinske smjese, vrijednost toplinski kapacitet metana smanjuje se. "Sramota" neke ispada! Drugim riječima, ono što "imamo" nikako se ne može smatrati stalnim opisom termofizička svojstva PRIRODNOG PLINA pri različitim temperaturama. A poželjno je da "imamo" razumljiv, konstantan koeficijent, referentni parametar koji karakterizira toplinska svojstva plinsko gorivo, bez "referenci" na količinu metana (težina, masa, volumen). Što uraditi?
Ovdje nam u pomoć dolazi vrlo jednostavna, ali "vrlo znanstvena" metoda. Ne svodi se samo na sudskog ovršitelja "ud. - specifično", prije fizička količina, već na elegantno rješenje koje uključuje isključivanje količine materije iz razmatranja. Naravno, "neudobni, suvišni" parametri: masa ili volumen PRIRODNI GORIVI PLIN apsolutno nemoguće isključiti. Makar iz razloga što ako nema količine metana, onda neće biti ni samog “predmeta rasprave”. A tvar bi trebala biti. Stoga biramo neki uvjetni standard mase ili volumena, koji se može smatrati jedinicom prikladnom za određivanje vrijednosti koeficijenta "C" koji nam je potreban. Za težina goriva PRIRODNI PLIN, takva jedinica mase metana, pogodna za praktičnu upotrebu, pokazala se kao 1 kilogram (kg).
Sad mi jedan kilogram PRIRODNOG PLINA zagrijavamo za 1 stupanj, a količina topline (toplinske energije) trebamo grijati plinska smjesa jedan stupanj - ovo je naš točan fizički parametar, koeficijent "C", dobro, potpuno i jasno opisuje jedan od termofizička svojstva PRIRODNOG PLINA na različitim temperaturama. Imajte na umu da se sada bavimo opisom karakteristika fizičko vlasništvo tvari, ali ne pokušavajući nas "dodatno informirati" o njezinoj količini. Udobno? Nema riječi. To je sasvim druga stvar. Usput, sada ne govorimo o generalu toplinski kapacitet metana. Sve se promijenilo. TO JE SPECIFIČNA TOPLINA PRIRODNOG PLINA, koji se ponekad naziva drugim imenom. Kako? Samo MASOVNO TOPLINSKI KAPACITET PRIRODNOG GORIVOG PLINA. Specifična (ud.) I masa (m.) - u ovom slučaju: sinonimi, oni ovdje znače onaj koji nam je potreban koeficijent "C".
Tablica 1. Koeficijent: specifični toplinski kapacitet PRIRODNOG PLINA (sp.). Maseni toplinski kapacitet PRIRODNOG gorivog PLINA. Referentni podaci.
Jednostavno rečeno, toplinski kapacitet S tijela naziva se količina topline koju treba utrošiti u ovaj proces zagrijati tijelo za jedan stupanj: .
Obično se toplinski kapacitet odnosi na jedinicu količine tvari i, ovisno o odabranoj jedinici, razlikuju se:
specifični maseni toplinski kapacitet s, odnosi se na 1 kg plina, J/(kgK);
specifični volumetrijski toplinski kapacitet s´, odnosi se na količinu plina sadržanu u 1 m 3 volumena u normalnim fizičkim uvjetima, J / (m 3 K);
specifični molarni toplinski kapacitet μ s, odnosi se na jedan kilomol, J / (kmolK).
Odnos između specifičnih toplinskih kapaciteta utvrđuje se očitim odnosima:
s= μ s/μ; s´= sρ n. (2.13)
Ovdje je ρ n gustoća plina u normalnim uvjetima.
Promjena tjelesne temperature s istom količinom dovedene topline ovisi, dakle, o prirodi procesa koji se odvija toplinski kapacitet je funkcija procesa. To znači da isti radni fluid, ovisno o procesu, zahtijeva različitu količinu topline za svoje zagrijavanje za 1 K. Brojčana veličina s varira od + ∞ do – ∞.
U termodinamičkim proračunima veliki značaj imati:
toplinski kapacitet pri konstantnom tlaku
s p = δ q p/ dT, (2.14)
q p , doveden u tijelo u procesu pod stalnim pritiskom, do promjene tjelesne temperature dT;
toplinski kapacitet pri konstantnom volumenu
s v = δ q v /dT, (2.15)
jednaka omjeru količine topline δ q v, doveden u tijelo u procesu konstantnog volumena, do promjene tjelesne temperature dT.
U skladu s prvim zakonom termodinamike za zatvorene sustave δ q = du + pdv.
Uzimajući u obzir činjenicu da 
(relacije (2.1))
Δ q = (∂u/∂T) v dT + [(∂u/∂v) T + str]dv. (2.16)
Za izohorni proces ( v=const) ova jednadžba ima oblik 
, i uzimajući u obzir (2.15), dobivamo da
c v = (∂u/∂T) v . (2.17)
Za idealan plin
(jednadžba 2.2), dakle
c v = du/dT. (2.18)
Za izobarni proces ( R=const) iz jednadžbi (2.16) i (2.14) dobivamo
c p = (∂ u/∂T) v + [(∂u/∂v) T + str](dv/dT) str
Budući da unutarnja energija idealni plin određuje se samo svojom temperaturom i ne ovisi o specifičnom volumenu, dakle
.
(2.19)
Iz Clapeyronove jednadžbe (1.4) pv
= RT(1.3) slijedi 
, gdje
c p= s v + R. (2.20)
Relacija (2.20) naziva se Mayerova jednadžba i jedna je od glavnih u tehničkoj termodinamici idealnih plinova.
U procesu v\u003d const, toplina koja se prenosi plinu ide samo na promjenu njegove unutarnje energije, dok se u procesu p \u003d const toplina troši i na povećanje unutarnje energije i na obavljanje rada širenja. Zato c p više s v po količini ovog rada.
Formula 
određuje takozvani pravi toplinski kapacitet, tj. vrijednost toplinskog kapaciteta pri određenoj temperaturi. U praksi se toplinski kapacitet široko koristi za izračunavanje količine topline q 12, koji se mora potrošiti za zagrijavanje tijela od jedne temperature ( t 1) drugom ( t 2) (ili koji će se osloboditi nakon hlađenja iz t 2 do t 1).
Ako se toplinski kapacitet ne mijenja u navedenom temperaturnom rasponu, tada
, kJ/kg i 
, kJ. (2.21)
Ova se formula također može koristiti za približne (ne baš točne) izračune. Na primjer, specifični toplinski kapacitet vode na sobnoj temperaturi je 4,187 kJ/(kgC), a zraka 1 kJ/(kgC). Budući da se toplinski kapacitet gotovo svih tvari mijenja (najčešće raste) s porastom temperature, potrebno je, strogo govoreći, koristiti formulu
.
(2.21a)
Na sl. 2,2 magnitude q 12 je prikazano kao osjenčano područje. Čini se da je najlakši način, primjenom teorema srednje vrijednosti, pisati
,
(2.22)
gdje 
je prosječni toplinski kapacitet u temperaturnom području t 1 …t 2 .
Riža. 2.2. Ovisnost pravog toplinskog kapaciteta o temperaturi
Međutim, za stvarne izračune, takva oznaka je vrlo nezgodna, budući da se toplinski kapacitet bira iz tablica, a 
ovisi o tome kako t 1 i od t 2. Tablica funkcija od dva argumenta bila bi vrlo glomazna.
U praksi postupite na sljedeći način. Željena količina topline prikazuje se kao razlika između njezinih količina potrebnih za zagrijavanje tijela od 0 S do temperature t 2 i t 1 (Sl. 2.2)
. (2.23)
,
(2.24)
gdje 
- prosječni toplinski kapacitet u temperaturnom području 0… tC.
Vrijednost prosječnog toplinskog kapaciteta za datu supstancu (i dani proces, tj. s R ili c v) ovisi samo o jednoj temperaturi t. Upravo su ti toplinski kapaciteti navedeni u svim tablicama pod nazivom "prosječni". Ono što je rečeno vrijedi za s
(s R i c v), kao i za s i s. Kao primjer, donja tablica prikazuje toplinski kapacitet u odnosu na temperaturu za neke od najčešćih plinova. Treba naglasiti da je u formuli (2.24) temperatura zamijenjena u stupnjevima Celzijusa.
Prosječni molarni toplinski kapacitet raznih plinova pri R=konst
(prema M.P. Vukalovich, V.A. Kirillin, V.N. Timofeev)
|
t, C |
s R, kJ/(kmolK) |
|||||||
|
N 2 atmosferski | ||||||||
U ovoj tablici vrijednosti s p su dati kroz 100 S. Budući da se ne mijenjaju mnogo s temperaturom, međuvrijednosti se mogu pronaći linearnom ekstrapolacijom. Podsjetimo se kako se to radi. Postoje tablične vrijednosti funkcije g
= f(x) na 1 (kada x= x 1) i na 2 (kada x= x 2). Vrijednost funkcije na(x) na x 1 <x<x 2 jednako 
. Ova formula vrijedi i za monotono rastuću funkciju (kada na 2 >na 1) i za monotono opadajuće ( na 2 <na jedan); U ovom slučaju, razlomak će biti negativan, jer x 2 > x 1 uvijek.
Tablica prikazuje vrijednosti toplinske vodljivosti plinova ovisno o temperaturi i tlaku.
Vrijednosti toplinske vodljivosti naznačene su za temperature u rasponu od 20 K (-253 °C) do 1500 K (1227 °C) i tlak od 1 do 1000 atmosfera.
Stol s obzirom na toplinsku vodljivost sljedećih plinova: , , freon-14 CF 4 , etilen C 2 H 4 . Jedinica toplinske vodljivosti je W/(m deg).
Treba napomenuti da toplinska vodljivost plinova raste s porastom temperature i tlaka. Na primjer, toplinska vodljivost plina amonijaka na sobnoj temperaturi i normalnom atmosferskom tlaku je 0,024 W / (m deg), a kada se zagrije za 300 stupnjeva, toplinska vodljivost se povećava na vrijednost od 0,067 W / (m deg). Ako se tlak ovog plina poveća na 300 atmosfera, tada će vrijednost toplinske vodljivosti postati još veća i imat će vrijednost od 0,108 W / (m deg).
Napomena: Budite oprezni! Toplinska vodljivost u tablici označena je s faktorom 10 3 . Ne zaboravite podijeliti s 1000!
Toplinska vodljivost anorganskih plinova ovisno o temperaturi
Tablica daje vrijednosti toplinske vodljivosti anorganskih plinova ovisno o temperaturi pri normalnom atmosferskom tlaku. Vrijednosti toplinske vodljivosti plinova naznačene su na temperaturama od 80 do 1500 K (-193 ... 1227 ° C).
U tablici je prikazana toplinska vodljivost sljedećih plinova: dušikov oksid N 2 O, sumporov heksafluorid SF 6, dušikov oksid NO, sumporovodik H 2 S, amonijak NH 3, sumporov dioksid SO 2, para H 2 O, ugljikov dioksid CO 2 , teška vodena para D 2 O, zrak.
Treba napomenuti da toplinska vodljivost anorganskih plinova raste s porastom temperature plina.
Napomena: Toplinska vodljivost plinova u tablici je navedena s faktorom 10 3 . Ne zaboravite podijeliti s 1000!
Toplinska vodljivost organskih plinova u ovisnosti o temperaturi
Tablica prikazuje vrijednosti toplinske vodljivosti organskih plinova i para nekih tekućina ovisno o temperaturi pri normalnom atmosferskom tlaku. Vrijednosti toplinske vodljivosti plinova dane su u tablici u temperaturnom rasponu od 120 do 800 K.
Dana je toplinska vodljivost sljedećih organskih plinova i tekućina: aceton CH 3 COCH 3, oktan C 8 H 18, pentan C 5 H 12, butan C 4 H 10, heksan C 6 H 14, propilen C 3 H 6, heptan C 7 H 16, amilni alkohol C 5 H 11 OH, ksilen C 8 H 10, izopropilni alkohol C 2 H 7 OH, metan CH 4, metilni alkohol CH 3 OH, ugljikov tetraklorid CCl 4, cikloheksan C 6 H 12, etan C 2 H 6, ugljikov tetrafluorid CF 4, freon-11 CFCl 3, etil klorid C 2 H 5 Cl, freon-12 CF 2 Cl 2, etilen C 2 H 4, freon-13 CF 3 Cl, etil format HCOOC 2 H 5, freon-21 CHFCl 2, dietil eter (C 2 H 5) 2O.
Kao što se vidi iz tabele, povećava se i vrijednost toplinske vodljivosti organskih plinova s porastom temperature plina.
Budi oprezan! Toplinska vodljivost u tablici označena je s faktorom 10 3 . Ne zaboravite podijeliti s 1000! Na primjer, toplinska vodljivost pare acetona na temperaturi od 400 K (127°C) je 0,0204 W/(m deg).