4 Определување на специфични горештини
4. ОДРЕДУВАЕ НА СПЕЦИФИЧНИТЕ ТОПЛИНИЦИ НА
Количината на топлина потребна за зголемување на температурата на телото за еден степен се нарекува калориски капацитет. Калорискиот капацитет на телото е обемен параметар, во зависност од неговата маса и природа. Калорискиот капацитет на единицата на количина на супстанцијата се нарекува специфична топлина или специфичен калориски капацитет. Неговата вредност не зависи од количината на супстанцијата, што е интензивна сопственост на телата.
Специфичната топлина c, или специфичниот калориски капацитет, на хомогена супстанција, ја претставува топлинската енергија неопходна за единицата на количината на таа супстанција да ја зголеми својата температура за еден степен без процесот да произведе промена на фазата или состојбата на собирање. Количината на топлина која се разменува со тело со маса m во температурниот опсег (Т 1 - Т 2) е дадена со релацијата:
П 12 = м × × (Т 2 Т 1) [Ј], (4,1)
па оттука и изразот на специфична топлина:
Според релацијата (4.2) специфичната топлина е количина што зависи од единицата на количината на супстанцијата, од температурниот опсег и од природата на термичкиот процес.
Од гледна точка на единицата на количината на разгледаната супстанција, специфичните горештини што се користат во техниката можат да бидат:
а) специфични загревања на масата, c, во J/(kg × K);
б) специфични загревања во однос на нормалниот кубен метар, c N, во J/(m 3 N × K);
в) специфични моларни горештини, C M, во Ј/(кмол × К).
Специфична топлина во однос на единицата за волумен c, [J/(m 3 × K)], многу ретко се користи во практични апликации.
Односите помеѓу овие специфични видови на топлина се:
C M = M × c = V M × c N [J/(кмол × К)], (4.3)
каде што: М е молекуларна маса на супстанцијата [kg/kmol],
V M = 22,414 - моларен волумен [m 3 N/kmol],
c N = r N × c [J/(m 3 N. K)], (4,4)
каде што: r N е специфична маса на супстанцијата во нормални услови, во kg/m 3 N .
Од гледна точка на температурниот опсег, специфичните горештини можат да бидат:
а) специфични реални или моментални горештини, c, c N, C M;
б) просечни специфични горештини,
Од гледна точка на природата на трансформацијата направена од супстанцијата, следниве специфични горештини се од интерес за пракса:
а) специфични загревања при постојан притисок, c Np, C Mp,
б) специфични загревања на постојан волумен, c v, c Nv, C mv,
Зависноста помеѓу специфичните горештини е дадена од односите на Роберт
R е одредена константа на совршен гас, во J/(kg × K);
- реалниот коефициент на проширување на волуменот, во степени -1;
- коефициент на топлинска компресибилност, во Pa -1 .
Во цврсти и течни тела, само специфичната топлина при постојан притисок е од практично значење. Во гасовити тела c p се определува експериментално и специфичната топлина при постојан волумен, c V, резултира со пресметка со употреба на релациите (4,5) и (4,6).
4.2. Опис на инсталацијата и напредокот на работата
Слика 4.1 шематски ја претставува инсталацијата со чија помош се одредува специфичната топлина на гасовитите супстанции, на метанскиот гас во случај на сегашната работа.
Сл.4.1. Инсталација за одредување на специфичната топлина a
Инсталацијата се состои од разменувач на топлина 1, калориметар 2 и метар на метан гас 3.
Во серпентина на разменувачот на топлина 1, метанскиот гас прима топлина од калориметриската течност во неа што се загрева со помош на горилникот 4.
Температурата t i и волуменот V на метанскиот гас на влезот во разменувачот на топлина 1, се одредуваат со течниот термометар 5 и мерачот 3.
На влезот во калориметарот 2, статичкиот притисок p се мери со течен манометар 6 и температурата t 1 со термометарот 7.
Во калориметарот 2, метанот гас дава топлина на калориметрискиот склоп. Се мери неговата температура t 2 на излезот од калориметарот
Почетната и крајната температура на водата во калориметарот се одредува со прецизниот термометар 9, а отчитувањето се врши со помош на лупа 10. За униформа на температурата на водата во калориметарот, се користи агитаторот 11 управуван од електричниот мотор 12.
Специфичната топлина при постојан притисок на метанскиот гас се определува со оглед на калориметарот 2 како адијабатска обвивка. Неговата калориметриска равенка е:
Q 1 е количина на топлина што ја дава гасот на калориметрискиот склоп, во J;
П 2 - количината на топлина добиена од елементите на калориметарот, во Ј.
Големините на топлина од 1 и 2 се одредуваат според односите:
m е количината на метан гас што поминува низ калориметарот, во кг;
- специфична топлина при среден постојан притисок, во J/(kg × K);
t 1, t 2 - температура на метан гас на влезот и излезот од калориметарот, во C;
m i - маса на компонентата i на калориметрискиот склоп, во кг;
- специфична топлина при постојан, просечен притисок, на компонентата и на калориметрискиот склоп, во J/(kg × K);
t o, t - почетната и крајната температура на водата во калориметарот во o C.
во однос (4.9) се означува со C и се нарекува калориска вредност на калориметарот:
Од горенаведените односи произлегува:
Количината на метан гас што минува низ инсталацијата се одредува според релацијата:
каде што: r N е специфична маса на метан гас во нормална состојба, во kg/m 3 N;
V - волумен на гас во мерната состојба утврден со помош на метар 3, во m 3;
V N - волуменот на метан гас намален во нормална состојба, во m 3 N;
T N = 273,16 K - температура во нормална состојба, во K;
T i = t i + 273,16 - температура на метан гас при мерна состојба, во K;
p st - статички притисок на метан гас при мерна состојба, во Pa;
p b - барометарски притисок, во Pa;
p N = 101325 Pa - притисок во нормална состојба, во Pa.
Измерените и пресметаните количини се централизирани во табелата 4.1.