4 A fajlagos melegek meghatározása
4. A KÜLÖNLEGES FŰTÉSEK MEGHATÁROZÁSA
A test hőmérsékletének egy fokkal történő emeléséhez szükséges hőmennyiséget kalóriakapacitásnak nevezzük. A test kalóriakapacitása kiterjedt paraméter, annak tömegétől és természetétől függően. Az anyag mennyiségi egységének kalóriakapacitását fajhőnek vagy fajlagos kalóriakapacitásnak nevezzük. Értéke nem függ az anyag mennyiségétől, a testek intenzív tulajdonsága.
A homogén anyag fajlagos hőmérséklete c vagy fajlagos kalóriakapacitása azt a hőenergiát képviseli, amely ahhoz szükséges, hogy az anyag mennyiségi egysége egy fokkal megemelje hőmérsékletét anélkül, hogy a folyamat megváltoztatná az fázis vagy az aggregáció állapotát. Az m tömegű test által a hőmérséklettartományban (T 1 - T 2) cserélt hőmennyiséget a következő összefüggés adja:
Q 12 = m × × (T 2 T 1) [J], (4.1)
ezért a fajlagos hő kifejezése:
A (4.2) összefüggés szerint a fajlagos hő az a mennyiség, amely az anyag mennyiségi egységétől, a hőmérsékleti tartománytól és a hőfolyamat jellegétől függ.
A figyelembe vett anyag mennyiségi egységének szempontjából a technikában alkalmazott fajlagos hő:
a) a fajlagos tömeg melegszik, c, J/(kg × K);
b) a normál köbméterhez viszonyított fajlagos hő, c N, J/(m 3 N × K);
c) fajlagos moláris hő, C M, J/(kmol × K).
A fajlagos hőt a térfogategységhez viszonyítva [J/(m 3 × K)] nagyon ritkán használják a gyakorlati alkalmazásokban.
A hőtípusok közötti kapcsolatok a következők:
C M = M × c = V M × c N [J/(kmol × K)], (4.3)
ahol: M az anyag molekulatömege [kg/kmol],
V M = 22 414 - moláris térfogat [m 3 N/kmol],
c N = r N × c [J/(m 3 N. K)], (4,4)
ahol: r N az anyag fajlagos tömege normál körülmények között, kg/m 3 N-ban kifejezve .
A hőmérséklet-tartomány szempontjából a fajlagos melegek lehetnek:
a) specifikus valós vagy pillanatnyi hő, c, c N, C M;
b) átlagos fajlagos hő,
Az anyag által elért átalakulás jellege szempontjából a következő specifikus hőforrások érdekesek a gyakorlat szempontjából:
a) fajlagos hő állandó nyomáson, c Np, C Mp,
b) fajlagos melegítés állandó térfogaton, c v, c Nv, C mv,
Az egyes melegek közötti függőséget Robert kapcsolatai adják
R a tökéletes gáz meghatározott állandója, J/(kg × K);
- a térfogat-tágulás tényleges koefficiense -1 fokban;
- termikus összenyomhatósági együttható, Pa -1 .
Szilárd és folyékony testekben csak állandó nyomáson a fajlagos hőnek van gyakorlati jelentősége. A gáz halmazállapotú testekben c p-t kísérletileg meghatározzuk, és a fajlagos hőt állandó térfogaton (c V) a (4.5) és (4.6) összefüggések felhasználásával számítjuk ki.
4.2. A telepítés és a munka előrehaladásának leírása
A 4.1. Ábra vázlatosan ábrázolja azt a telepítést, amelynek segítségével jelen munka esetén meghatározzuk a metángáz gáznemű anyagainak sajátos hőjét.
4.1. Ábra Telepítés a fajlagos hő meghatározásához a
A berendezés az 1 hőcserélőből, a 2 kaloriméterből és a 3 metángázmérőből áll.
Az 1 hőcserélő tekercsében a metángáz a benne lévő kalorimetrikus folyadékból kap hőt, amelyet a 4 égő segítségével melegítenek.
Az 1 hőcserélő bejáratánál a metángáz t i hőmérsékletét és V térfogatát az 5 folyadékhőmérővel és a 3 mérővel határozzuk meg.
A 2 kaloriméter bejáratánál a statikus nyomást p 6 a folyadék manométerrel, a t 1 hőmérsékletet a 7 hőmérővel mérjük.
A 2. kaloriméterben a metángáz hőt ad a kalorimetrikus egységnek. Megmérik annak hőmérsékletét, t 2 a kaloriméter kijáratánál
A kaloriméterben lévő víz kezdeti és végső hőmérsékletét a 9 precíziós hőmérővel határozzuk meg, az olvasást egy 10 nagyító segítségével végezzük. A kaloriméterben lévő víz hőmérsékletének egyenletessége érdekében a 12 elektromos motorral hajtott 11 keverőt használjuk.
A metángáz állandó nyomáson mért fajlagos hőjét a 2. kaloriméter adiabatikus záródásnak tekintjük. Kalorimetriai egyenlete:
Q 1 a hőmennyiség, amelyet a gáz lead a kalorimetrikus egységnek, J-ban kifejezve;
Q 2 - a hőmennyiség, amelyet a kaloriméter elemei kapnak, J-ban.
Az 1-es és a 2-es hőmennyiséget az összefüggések határozzák meg:
m a kaloriméteren áthaladó metángáz mennyisége, kg-ban;
- fajlagos hő átlagos állandó nyomáson, J/(kg × K);
t 1, t 2 - metángáz hőmérséklete a kaloriméter be- és kimeneténél, C-ban;
m i - a kalorimetrikus egység i komponensének tömege, kg-ban;
- a komponens és a kalorimetrikus egység fajlagos hője állandó, átlagos nyomáson, J/(kg × K);
t o, t - a víz kezdeti és végső hőmérséklete a kaloriméterben o C-ban.
a (4.9) összefüggésben C-vel van jelölve, és a kaloriméter fűtőértékének nevezik:
A fenti összefüggésekből az következik:
A létesítményen áthaladó metángáz mennyiségét a következő összefüggés határozza meg:
ahol: r N a metángáz fajlagos tömege normál állapotban, kg/m 3 N-ben;
V - gázmennyiség a 3. mérő segítségével meghatározott mérési állapotban, m 3 -ben;
V N - a metángáz térfogata normál állapotra csökkentve, m 3 N-ban;
T N = 273,16 K - hőmérséklet normál állapotban, K-ban;
T i = t i + 273,16 - metángáz hőmérséklete mérési állapotban, K-ban;
p st - a metángáz statikus nyomása a mérési állapotban, Pa-ban;
p b - légköri nyomás, Pa-ban;
p N = 101325 Pa - nyomás normál állapotban, Pa-ban.
A mért és kiszámított mennyiségeket a 4.1. Táblázat foglalja össze.