Fizik ve termal olaylar, okul kursunda iyice incelenen oldukça kapsamlı bir bölümdür. Bu teoride son yer belirli miktarlara verilmemiştir. Bunlardan ilki özgül ısı kapasitesidir.
Ancak “spesifik” kelimesinin yorumlanmasına genellikle yeterince dikkat edilmez. Öğrenciler bunu sadece verilmiş bir şey olarak hatırlarlar. Bu ne anlama geliyor?
Ozhegov'un sözlüğüne bakarsanız böyle bir miktarın oran olarak tanımlandığını okuyabilirsiniz. Üstelik kütle, hacim veya enerjiye bağlı olarak da yapılabilir. Bütün bu miktarlar bire eşit alınmalıdır. Özgül ısı kapasitesi neyle ilgilidir?
Kütle ve sıcaklığın çarpımına. Üstelik değerlerinin bire eşit olması gerekiyor. Yani bölen 1 sayısını içerecek, ancak boyutu kilogram ve santigrat derecesini birleştirecek. Aşağıda biraz verilen spesifik ısı kapasitesinin tanımını formüle ederken bu dikkate alınmalıdır. Bu iki miktarın paydada olduğunu açıkça gösteren bir formül de var.
Ne olduğunu?
Bir maddenin özgül ısı kapasitesi, ısınma durumu dikkate alındığında şu anda ortaya çıkar. Bu olmadan, bu işlem için ne kadar ısıya (veya enerjiye) ihtiyaç duyulacağını bilmek imkansızdır. Ayrıca vücut soğuduğunda değerini de hesaplayın. Bu arada, bu iki ısı miktarı modül olarak birbirine eşittir. Ama onların farklı işaretleri var. Yani ilk durumda olumlu çünkü enerjinin harcanması gerekiyor ve vücuda aktarılıyor. İkinci soğuma durumu ise ısı açığa çıktığı ve cismin iç enerjisi azaldığı için negatif sayı verir.
Bu fiziksel miktar Latin harfi c ile gösterilir. Bir kilogram maddeyi bir derece ısıtmak için gerekli olan belirli miktarda ısı olarak tanımlanır. Bir okul fizik dersinde bu derece Celsius ölçeğinde alınan derecedir.
Nasıl sayılır?
Spesifik ısı kapasitesinin ne olduğunu bilmek istiyorsanız formül şöyle görünür:
c = Q / (m * (t 2 - t 1))), burada Q, ısı miktarıdır, m, maddenin kütlesidir, t 2, vücudun ısı değişimi sonucu elde ettiği sıcaklıktır, t 1 maddenin başlangıç sıcaklığıdır. Bu 1 numaralı formül.
Bu formüle dayanarak, bu miktarın uluslararası birim sisteminde (SI) ölçüm birimi J/(kg*ºС) olarak ortaya çıkıyor.
Bu eşitlikten diğer nicelikler nasıl bulunur?
İlk olarak ısı miktarı. Formül şu şekilde görünecektir: Q = c * m * (t 2 - t 1). Yalnızca SI birimlerindeki değerleri değiştirmek gerekir. Yani kütle kilogram, sıcaklık santigrat derecedir. Bu 2 numaralı formül.
İkincisi, bir maddenin soğuyan veya ısınan kütlesi. Bunun formülü şöyle olacaktır: m = Q / (c * (t 2 - t 1)). Bu 3 numaralı formül.
Üçüncüsü, sıcaklık değişimi Δt = t 2 - t 1 = (Q / c * m). “Δ” işareti “delta” olarak okunur ve bir miktardaki, bu durumda sıcaklıktaki bir değişikliği belirtir. 4 numaralı formül.
Dördüncüsü, maddenin başlangıç ve son sıcaklıklarıdır. Bir maddeyi ısıtmak için geçerli formüller şu şekildedir: t 1 = t 2 - (Q / c * m), t 2 = t 1 + (Q / c * m). Bu formüller 5 ve 6 numaradır. Sorun bir maddenin soğutulmasıyla ilgiliyse formüller şöyledir: t 1 = t 2 + (Q / c * m), t 2 = t 1 - (Q / c * m) . Bu formüller 7 ve 8 numaralıdır.
Hangi anlamlara gelebilir?
Her bir spesifik madde için hangi değerlere sahip olduğu deneysel olarak tespit edilmiştir. Bu nedenle özel bir özgül ısı kapasitesi tablosu oluşturulmuştur. Çoğu zaman normal koşullar altında geçerli olan verileri içerir.
Spesifik ısı kapasitesinin ölçülmesinde laboratuvar çalışması nedir?
Okul fizik dersinde katı bir cisim için tanımlanır. Üstelik ısı kapasitesi bilinenlerle karşılaştırılarak hesaplanır. Bunu yapmanın en kolay yolu sudur.
Çalışma sırasında suyun ve ısıtılmış katının başlangıç sıcaklıklarını ölçmek gerekir. Daha sonra sıvıya indirin ve termal dengeyi bekleyin. Deneyin tamamı bir kalorimetrede gerçekleştirilir, böylece enerji kayıpları ihmal edilebilir.
Daha sonra suyun katıdan ısıtıldığında aldığı ısı miktarının formülünü yazmanız gerekir. İkinci ifade, bir cismin soğurken yaydığı enerjiyi tanımlar. Bu iki değer eşittir. Matematiksel hesaplamalar yoluyla katıyı oluşturan maddenin spesifik ısı kapasitesini belirlemeye devam etmektedir.
Çoğu zaman, incelenen vücudun hangi maddeden yapıldığını tahmin etmeye çalışmak için tablo değerleriyle karşılaştırılması önerilmektedir.
Görev No.1
Durum. Metalin sıcaklığı 20 ila 24 santigrat derece arasında değişir. Aynı zamanda iç enerjisi 152 J arttı. Kütlesi 100 gram ise metalin özgül ısısı nedir?
Çözüm. Cevabı bulmak için 1 numaranın altındaki formülü kullanmanız gerekecek. Hesaplamalar için gerekli tüm büyüklükler oradadır. Öncelikle kütleyi kilograma çevirmeniz gerekiyor, aksi takdirde cevap yanlış olacaktır. Çünkü tüm miktarlar SI'da kabul edilenler olmalıdır.
Bir kilogramda 1000 gram vardır. Bu, 100 gramın 1000'e bölünmesi gerektiği anlamına gelir, 0,1 kilogram elde edersiniz.
Tüm miktarların değiştirilmesi şu ifadeyi verir: c = 152 / (0,1 * (24 - 20)). Hesaplamalar özellikle zor değil. Tüm eylemlerin sonucu 380 sayısıdır.
Cevap: s = 380 J/(kg * ºС).
Sorun No. 2
Durum. 5 litre hacimli suyun 100 ºС sıcaklıkta alınması ve çevreye 1680 kJ ısı salınması durumunda soğuyacağı son sıcaklığı belirleyin.
Çözüm. Enerjinin sistemik olmayan bir birimde verildiği gerçeğiyle başlamaya değer. Kilojoule'lerin joule'e dönüştürülmesi gerekir: 1680 kJ = 1680000 J.
Cevabı bulmak için 8 numaralı formülü kullanmanız gerekiyor. Ancak içinde kütle görünüyor ve problemde bilinmiyor. Ancak sıvının hacmi verilmiştir. Bu da m = ρ * V olarak bilinen formülü kullanabileceğimiz anlamına gelir. Suyun yoğunluğu 1000 kg/m3'tür. Ancak burada hacmin metreküp cinsinden değiştirilmesi gerekecektir. Bunları litreden dönüştürmek için 1000'e bölmeniz gerekir. Böylece suyun hacmi 0,005 m3 olur.
Değerleri kütle formülünde yerine koyarsak şu ifadeyi verir: 1000 * 0,005 = 5 kg. Tablodaki spesifik ısı kapasitesine bakmanız gerekecektir. Artık formül 8'e geçebilirsiniz: t 2 = 100 + (1680000 / 4200 * 5).
İlk işlem çarpmaktır: 4200 * 5. Sonuç 21000'dir. İkincisi bölmedir. 1680000: 21000 = 80. Sonuncusu çıkarmadır: 100 - 80 = 20.
Cevap. t 2 = 20 ºС.
Görev No.3
Durum. 100 gr ağırlığında bir kap içerisine 50 gr su dökülüyor. Suyun bardakla ilk sıcaklığı 0 santigrat derecedir. Suyu kaynatmak için ne kadar ısı gerekir?
Çözüm. Başlamak için iyi bir yer, uygun bir notasyonu tanıtmaktır. Camla ilgili verilerin indeksi 1, su için indeksi ise 2 olsun. Tabloda spesifik ısı kapasitelerini bulmanız gerekir. Beher laboratuvar camından yapılmıştır, yani değeri c 1 = 840 J/ (kg * ºC). Suya ilişkin veriler şöyledir: c 2 = 4200 J/ (kg * ºС).
Kütleleri gram cinsinden verilmiştir. Bunları kilograma çevirmeniz gerekiyor. Bu maddelerin kütleleri şu şekilde belirlenecektir: m 1 = 0,1 kg, m 2 = 0,05 kg.
Başlangıç sıcaklığı verilir: t 1 = 0 ºС. Suyun kaynadığı noktaya karşılık gelen nihai değer bilinmektedir. Bu t 2 = 100 ºС'dir.
Bardak su ile birlikte ısındığından gerekli ısı miktarı ikinin toplamı olacaktır. Birincisi camı ısıtmak için gerekli olan (Q 1), ikincisi ise suyu ısıtmak için kullanılan (Q 2). Bunları ifade etmek için ikinci bir formüle ihtiyacınız olacak. Farklı endekslerle iki kez yazılmalı ve sonra bunları özetlemelidir.
Q = c 1 * m 1 * (t 2 - t 1) + c 2 * m 2 * (t 2 - t 1) olduğu ortaya çıktı. Hesaplamayı kolaylaştırmak için ortak faktör (t 2 - t 1) parantezden çıkarılabilir. Daha sonra ısı miktarını hesaplamak için gerekli olacak formül şu formu alacaktır: Q = (c 1 * m1 + c2 * m2) * (t2 - t1). Artık problemde bilinen miktarları yerine koyabilir ve sonucu hesaplayabilirsiniz.
Q = (840 * 0,1 + 4200 * 0,05) * (100 - 0) = (84 + 210) * 100 = 294 * 100 = 29400 (J).
Cevap. Q = 29400 J = 29,4 kJ.
1 gram maddenin sıcaklığını 1°C arttırmak için verilmesi gereken enerji miktarıdır. Tanım gereği, 1 g suyun sıcaklığını 1°C artırmak için 4,18 J gereklidir. Ekolojik ansiklopedik sözlük.... ... Ekolojik sözlük
özısı- - [A.S. İngilizce-Rusça enerji sözlüğü. 2006] Genel olarak enerji konuları EN spesifik heatSH ...
ÖZISI- fiziksel 1 kg maddeyi 1 K (cm) ısıtmak için gereken ısı miktarıyla ölçülen miktar. Kilogram kelvin başına özgül ısı kapasitesinin SI birimi (cm) (J kg∙K)) ... Büyük Politeknik Ansiklopedisi
özısı- savitoji šiluminė talpa statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. birim kütle başına ısı kapasitesi; kütle ısı kapasitesi; spesifik ısı kapasitesi vok. Eigenwarme, f; spezifische Wärme, f; spezifische Wärmekapazität, f rus. kütle ısı kapasitesi, f;… … Fizikos terminų žodynas
Bkz. Isı kapasitesi... Büyük Sovyet Ansiklopedisi
özısı- özısı... Kimyasal eş anlamlılar sözlüğü I
gazın özgül ısı kapasitesi- - Konular petrol ve gaz endüstrisi EN gaza özgü ısı ... Teknik Çevirmen Kılavuzu
yağın özgül ısı kapasitesi- - Konular petrol ve gaz endüstrisi EN petrole özgü ısı ... Teknik Çevirmen Kılavuzu
sabit basınçta özgül ısı kapasitesi- - [A.S. İngilizce-Rusça enerji sözlüğü. 2006] Konular: genel olarak enerji TR sabit basınçta özgül ısıcpsabit basınç özgül ısı ... Teknik Çevirmen Kılavuzu
sabit hacimde özgül ısı kapasitesi- - [A.S. İngilizce-Rusça enerji sözlüğü. 2006] Konular: genel olarak enerji TR sabit hacimde özgül ısısabit hacimde özgül ısıCv ... Teknik Çevirmen Kılavuzu
Kitabın
- Derin ufuklarda su hareketinin incelenmesinin fiziksel ve jeolojik temelleri, V.V. Trushkin. Genel olarak kitap, yazar tarafından 1991 yılında keşfedilen, suyun sıcaklığının bir konakçı cisimle kendi kendini düzenlemesi yasasına ayrılmıştır. Kitabın başında, derin hareket problemine ilişkin bilgi durumunun gözden geçirilmesi...
Isı kapasitesi kavramını tanıtırken önemli bir duruma dikkat etmedik: ısı kapasiteleri yalnızca maddenin özelliklerine değil, aynı zamanda ısı transferinin gerçekleştiği sürece de bağlıdır.
Bir cismi sabit basınçta ısıtırsanız genişler ve iş yapar. Bir cismin sabit basınçta 1 K kadar ısıtılması için, aynı ısıtmanın sabit hacimde olduğundan daha fazla ısı aktarması gerekir.
Sıvı ve katı cisimler ısıtıldıklarında hafifçe genleşirler ve sabit hacim ve sabit basınçta ısı kapasiteleri çok az farklılık gösterir. Ancak gazlar için bu fark önemlidir. Termodinamiğin birinci yasasını kullanarak, sabit hacim ve sabit basınçta bir gazın ısı kapasiteleri arasındaki ilişki bulunabilir.
Sabit hacimde gazın ısı kapasitesi Sabit hacimde gazın molar ısı kapasitesini bulalım. Isı kapasitesi tanımına göre
nerede Δ T - sıcaklık değişimi. İşlem sabit bir hacimde gerçekleşirse, bu ısı kapasitesi şu şekilde gösterilecektir: C v . Daha sonra
(5.6.1)
Sabit hacimde iş yapılmaz. Bu nedenle termodinamiğin birinci yasası şu şekilde yazılacaktır:
(5.6.2)
Yeterince seyreltilmiş (ideal) tek atomlu bir gazın bir molünün enerjisindeki değişim şuna eşittir: 
(bkz. § 4.8).
Bu nedenle, tek atomlu bir gazın sabit hacmindeki molar ısı kapasitesi şuna eşittir:
(5.6.3)
Sabit basınçta gazın ısı kapasitesi
Sabit basınçta ısı kapasitesi tanımına göre İLE R
(5.6.4)
Sabit basınçta genleşen 1 mol ideal gazın yaptığı iş:
(5.6.5)
* Formül (5.6.5)'ten evrensel gaz sabitinin, sıcaklığı 1 K artarsa sabit basınçta 1 mol ideal gazın yaptığı işe sayısal olarak eşit olduğu açıktır.
Bu, sabit basınçta gaz işi ifadesinden kaynaklanmaktadır. bir" =PΔ V ve ideal bir gazın durum denklemleri (bir mol için) pV = RT.
İdeal bir gazın iç enerjisi hacmine bağlı değildir. Bu nedenle sabit basınçta bile iç enerjideki değişim Δ sen = C V Δ T, sabit hacimde olduğu gibi. Termodinamiğin birinci yasasını uygulayarak şunu elde ederiz:
(5.6.6)
Sonuç olarak ideal bir gazın molar ısı kapasiteleri şu ilişkiyle ilişkilidir:
(5.6.7)
Bu formül ilk kez R. Mayer tarafından elde edilmiş olup onun adını taşımaktadır.
İdeal tek atomlu gaz durumunda
(5.6.8)
İzotermal bir süreçte ideal bir gazın ısı kapasitesi
Isı kapasitesi kavramı, izotermal bir işlem için resmi olarak da tanıtılabilir. Bu işlem sırasında ideal bir gazın iç enerjisi değişmediğinden, ona ne kadar ısı aktarılırsa aktarılsın, ısı kapasitesi sonsuzdur.
İdeal bir gazın sabit basınçtaki molar ısı kapasitesi, sabit hacimdeki ısı kapasitesinden evrensel gaz sabitinin değeri kadar büyüktür.R.
§ 5.7. Adyabatik süreç
İzotermal, izobarik ve izokorik süreçlere baktık. Termodinamiğin birinci yasasına aşina olduktan sonra başka bir süreci incelemek mümkün hale gelir,- Bu, çevredeki cisimlerle ısı alışverişinin olmadığı bir sistemde meydana gelen bir süreçtir. (Ancak sistem çevredeki cisimler üzerinde çalışma yapabilir.)
Isıl olarak yalıtılmış bir sistemdeki sürece adyabatik denir.
Adyabatik bir süreçte Q = 0 ve yasa (5.5.3)'e göre iç enerjideki değişiklik yalnızca yapılan iş nedeniyle meydana gelir:
(5.7.1)
Elbette sistemi ısı alışverişini tamamen dışlayan bir kabuk ile çevrelemek imkansızdır. Ancak bazı durumlarda gerçek süreçler adyabatik süreçlere çok yakındır. Aralarında vakum bulunan çift duvarlar gibi düşük ısı iletkenliğine sahip kabuklar vardır. Termoslar bu şekilde yapılır.
(5.7.1) numaralı ifadeye göre bir sistem üzerinde pozitif iş yapıldığında, örneğin bir gaz sıkıştırıldığında sistemin iç enerjisi artar; gaz ısınır. Aksine, genleşirken gazın kendisi pozitif iş yapar (A" > 0), ancak A< 0 ve iç enerjisi azalır; gaz soğur.
Adyabatik bir işlem sırasında gaz basıncının hacmine bağımlılığı, adyabatik adı verilen bir eğri ile gösterilmektedir (Şekil 5.9). Adiabat zorunlu olarak izotermden daha diktir. Aslında, adyabatik bir işlem sırasında, gaz basıncı, izotermal bir işlemde olduğu gibi yalnızca hacimdeki artıştan dolayı değil, aynı zamanda sıcaklığındaki bir düşüşten dolayı da azalır.
Adyabatik süreçler teknolojide yaygın olarak kullanılmaktadır. Doğada önemli bir rol oynarlar.
Hızlı sıkıştırma sırasında havanın ısıtılması Dizel motorlarda uygulama alanı bulmuştur. Bu motorlarda, geleneksel benzinli içten yanmalı motorlar için gerekli olan yanıcı karışımı hazırlamak ve ateşlemek için sistemler bulunmamaktadır. Silindire emilen yanıcı karışım değil atmosferik havadır. Sıkıştırma strokunun sonuna doğru, özel bir nozül kullanılarak silindire sıvı yakıt enjekte edilir (Şekil 5.10). Bu noktada basınçlı havanın sıcaklığı o kadar yükselir ki yakıt tutuşur.
Dizel motorda sıkıştırılan yanıcı karışım değil hava olduğundan, bu motorun sıkıştırma oranı daha yüksektir, bu da Dizel motorların verimliliğinin geleneksel içten yanmalı motorlara göre daha yüksek olduğu anlamına gelir. Ayrıca daha ucuz ve düşük kaliteli yakıtla da çalışabilirler. Bununla birlikte, Dizel motorun dezavantajları da vardır: Yüksek sıkıştırma oranlarına ve yüksek çalışma basıncına duyulan ihtiyaç, bu motorları devasa hale getirir ve sonuç olarak daha ataletli hale getirir - daha yavaş güç kazanırlar. Dizel motorların üretimi ve çalıştırılması daha karmaşıktır, ancak yavaş yavaş otomobillerde kullanılan geleneksel benzinli motorların yerini almaktadırlar.
Adyabatik genleşme sırasında gaz soğuması Dünya atmosferinde büyük ölçekte meydana gelir. Isınan hava yükselir ve genişler, atmosfer basıncı yükseklikle birlikte azalır. Bu genişlemeye önemli bir soğutma eşlik ediyor. Bunun sonucunda su buharı yoğunlaşır ve bulutlar oluşur.
Tablo, sıcaklığa ve basınca bağlı olarak gaz halindeki helyum He'nin termofiziksel özelliklerini göstermektedir. Tablodaki helyumun termofiziksel özellikleri ve yoğunluğu, 0 ila 1000 ° C arasındaki sıcaklıklarda ve 1 ila 100 atmosfer arasındaki basınçta verilmiştir.
Helyumun termal yayılma ve kinematik viskozite gibi özelliklerinin önemli ölçüde sıcaklığa bağlı olduğu ve 1000 derece ısıtıldığında değerlerinin büyüklük sırasına göre arttığı belirtilmelidir. Artan basınçla helyumun bu özellikleri değerleri düşerken, helyumun yoğunluğu önemli ölçüde artar.
Normal koşullar altında helyumun yoğunluğu 0,173 kg/m3'tür.(0°C sıcaklıkta ve normal atmosfer basıncında). Helyum basıncının artmasıyla yoğunluğu orantılı olarak artar, örneğin 10 atm'de. Helyumun yoğunluğu halihazırda 1,719 kg/m3 olacaktır (aynı sıcaklıkta). Bu gazın 100 atm'ye kadar daha da sıkıştırılmasıyla. Helyumun yoğunluğu 16,45 kg/m3'e eşit olacaktır. Böylece, helyumun yoğunluğunda başlangıç değerine (atmosfer basıncında) göre neredeyse yüz kat artış olur.
Bilindiği üzere en düşük yoğunluğa sahip gaz olan helyum, yoğunluk bakımından gazlar arasında ikinci sırada yer almaktadır.
Helyum, havacılıkta kullanılan balonları doldurmak için en uygun gaz olarak kabul edilir, çünkü hidrojenden farklı olarak hava ile patlayıcı bir karışım oluşturmaz.
Helyumun yoğunluğu havadan çok daha az olduğundan, aynı sıcaklıklarda helyumla doldurulmuş balonlar ve balonlar iyi bir kaldırma kuvvetine sahiptir. Yeterince düşük helyum yoğunluğu, hava durumu ve bilimsel araştırmalar için insansız yüksek irtifa balonları oluşturmayı mümkün kılar.
Helyum balonu ne kadar yükseğe çıkabilir? irtifa kazandıkça azalmaya başlayacak ve yaklaşık 33...36 km irtifada balonun içindeki helyum yoğunluğuna eşit hale gelecek ve yükselişi duracaktır.
Tablo helyumun aşağıdaki özelliklerini göstermektedir:
- helyum yoğunluğu γ , kg/m3;
- özısı Sp , kJ/(kg derece);
- termal iletkenlik katsayısı λ , W/(m derece);
- dinamik viskozite μ , ;
- termal yayılma A , m2 /s;
- kinematik viskozite ν , m2 /s;
- Prandtl numarası PR .
Not: Dikkatli olun! Tablodaki ısıl iletkenlik 10 2'nin kuvvetiyle gösterilmiştir. 100'e bölmeyi unutmayın.
Helyumun normal atmosferik basınçta termal iletkenliği.
Helyumun normal atmosfer basıncında sıcaklığa bağlı olarak ısıl iletkenlik değerleri tabloda verilmiştir.
Isıl iletkenlik (W/(m derece) boyutunda) -203 ila 1727 °C sıcaklık aralığındaki helyum gazı için belirtilmiştir.
Not: Dikkatli olun! Tablodaki helyumun ısıl iletkenliği 10 3'ün kuvvetiyle gösterilmiştir. 1000'e bölmeyi unutmayın. Isıl iletkenlik tablosuna göre helyum sıcaklığının artmasıyla değerlerinin arttığı görülebilir.
Helyumun yüksek sıcaklıklarda termal iletkenliği.
Tablo, helyumun normal atmosferik basınçta ve yüksek sıcaklıklarda termal iletkenliğini göstermektedir.
Helyumun gaz halindeki termal iletkenliği 2500...6000 K sıcaklık aralığında verilir.
Not: Dikkatli olun! Tablodaki helyumun ısıl iletkenliği 10 3'ün kuvvetiyle gösterilmiştir. 1000'e bölmeyi unutmayın. Helyumun ısıl iletkenlik katsayısı değeri sıcaklık arttıkça artar ve 6000 K'de 1,2 W/(m derece) değerine ulaşır.
Düşük sıcaklıklarda sıvı helyumun termal iletkenliği.
Sıvı helyumun normal atmosfer basıncında ve aşırı düşük sıcaklıklarda ısıl iletkenlik değerleri verilmiştir.
Helyumun sıvı haldeki ısıl iletkenliği tabloda 2,3...4,2 K (-270,7...-268,8°C) sıcaklık için verilmiştir.
Not: Dikkatli olun! Tablodaki helyumun ısıl iletkenliği 10 3'ün kuvvetiyle gösterilmiştir. 1000'e bölmeyi unutmayın. Helyumun ısıl iletkenliği sıcaklık arttıkça ve düşük sıcaklıklarda sıvı halde artar.
Helyumun ısıl iletkenliği basınca ve sıcaklığa bağlıdır.
Tablo, basınca ve sıcaklığa bağlı olarak helyumun termal iletkenliğini göstermektedir.
Isı iletkenliği (boyut W/(m derece)) 0 ila 1227 °C sıcaklık aralığında ve 1 ila 300 atm basınç aralığındaki helyum gazı için gösterilir.
Not: Dikkatli olun! Tablodaki helyumun ısıl iletkenliği 10 3'ün kuvvetiyle gösterilmiştir. 1000'e bölmeyi unutmayın. Helyumun termal iletkenliği artan gaz basıncıyla birlikte hafif bir artış eğilimi gösterir.
Sıcaklığa bağlı olarak sıvı helyumun ısı kapasitesi.
Tablo belirli (kütle) değerleri gösterir sıvı helyumun ısı kapasitesi sıcaklığa bağlı olarak doygunluk durumundadır.
Bilindiği gibi helyum, mutlak sıfıra yaklaşan çok düşük sıcaklıklarda ancak sıvı halde bulunabilmektedir.
Sıvı helyumun ısı kapasitesi (boyut kJ/(kg derece)) 1,8 ila 5,05 K sıcaklık aralığında verilmiştir.
Kaynaklar:
1.
2. .
3. Fiziksel büyüklükler. Dizin. A.P. Babichev, N.A. Babushkina, A.M. Bratkovsky ve diğerleri; Ed. DIR-DİR. Grigorieva, E.Z. Meilikhova. - M .: Energoatomizdat, 1991. - 1232 s.
Helyum soy gazlardan biridir. Metallerle etkileşime girmeyen tek atomlu bir gazdır. Helyum zehirli değildir. Normal koşullar altında helyumun kaynaması mümkün olmadığı gibi katı faza geçişi de imkansızdır. Yüksek sıcaklıktaki gaz reaktörleri için olası soğutuculardan biri olarak helyuma olan ilgiyi açıklayan şey budur. Doğal helyumun neredeyse tamamı 4He'den oluşur (99,999863±6·10 -%6). 3He safsızlığı çok önemsizdir. Aşağıda, 300 ila 2500 K sıcaklık aralığında ve 0,1 ila 6 MPa basınçta helyumun termofiziksel özelliklerini açıklıyoruz. Aynı zamanda çalışmalardan elde edilen veriler sistematik hale getirildi ve analiz edildi.
Verilen hata normal dağılımın %95'lik dilimine karşılık gelir.
300 ÷ 2500 K sıcaklık aralığında ve 0,1 ÷ 6,0 MPa basınçta (kritikten uzak durumlarda, ρ/ρ cr 60'ta) helyum seyreltilmiş gaz halindedir. Bu bölgede helyumun termodinamik özellikleri, ideal bir gazın durum denklemi pv = RT ile ilk yaklaşımla tanımlanır. Helyumun durumu ile ideal bir gazın durumu arasındaki fark, viral katsayılar aracılığıyla dikkate alınmalıdır. Özellikle hacim ve viskozite katsayısı ν(T) hesaplanırken, atomların çift etkileşimlerini modelleyen ikinci bir viral katsayı şeklinde bir düzeltme yapılmalıdır. Yoğunluğun hesaplanması, ikinci dereceden küçüklüğün (üçlü çarpışmalar) etkilerinin hesaba katılmasını gerektirir.
Helyum gazının termofiziksel özellikleri iki şekilde genelleştirilmiştir. Yüksek sıcaklıklarda, çalışmaya uygun olarak, beş inert gazın tümü için eş zamanlı olarak çift etkileşimleri çerçevesinde özelliklerin benzerliğinin yarı deneysel bir yöntemi kullanıldı. Başka bir durumda, çalışmada anlatıldığı gibi, parametrik etkileşim potansiyeli U(ρ) temelinde helyumun heterojen özelliklerinin genelleştirilmesi gerçekleştirildi. Eklem işleme sırasında, dağınık He - He atomik ışınlarının diferansiyel ve integral kesitlerine ilişkin deneysel verilerin yanı sıra, ikinci viral katsayıdaki yüksek sıcaklıklarda 1473 K seviyesine kadar termofiziksel veriler de dikkate alınmıştır. 1600 K ve 2150 K seviyelerine kadar viskozite katsayısı ve - 2400 K ve 2100 K'ya kadar ısı iletkenlik katsayısı. Çalışmada sunulan geri yüklenen potansiyele dayanarak, katsayılar için referans değer tabloları β ( 5 ila 5000 K sıcaklık aralığında helyumun T) ve α (T) değerleri hesaplandı.
Bu tablolar Rosstandart tarafından kabul edildi ve Devlet Standart Referans Veri Servisi'nde (GSSSD) önerilen veriler kategorisine alındı. Referans değerlerin güvenilirliğinin doğrulanması, çalışmalarda sunulan ve ikincisinin tahmini hataları sınırı dahilinde elde edilen ana deneysel verilere karşılık gelen bağımsız genellemelerin sonuçlarıdır.
Bu bölüm, helyum gazının termofiziksel özelliklerini belirtilen parametre aralığında hesaplamak için veriler sağlar: kaynaklar, hesaplama ifadeleri, miktarların boyutları, hata tahminleri ve yorumlar.
Helyumun termofiziksel özelliklerini hesaplarken aşağıdaki ilişkiler kullanılır: sıcaklık T = 300÷2500 K, basınç P = 0,1÷6 MPa.
Helyum için temel sabitler:
Atom ağırlığı. bir = 4,0033 ± 4× 10 - 6
ÖzelGaz sabiti R = 2077,27 ± 0,04 J/(kg·K)
Normal basınçta kaynama noktası T k = 4,22 K
Kritik sıcaklık Tcr= 5,19 Bin
Kritik basınç Pcr= 0,227 MPa
Kritik YoğunlukR cr= 70,2 kg/m3 3
Spesifik hacim
Gerçek bir gazın durum denklemini kullanarak özgül hacmi hesaplamak için ikinci viral katsayı dikkate alınır: m3 /kg:
V = 1/ R= RT/P+B(T) (1)
B(T) = α 1 T* 1/2 + α 2 T* 1/3 α 3 T* 1/4 ,(1а)
burada T* = T/10 4, K cinsinden T, α 1 = – 0,0436074; α 2 = 0,0591117; α 3 = – 0,0190460. B(T)'nin hesaplama doğruluğu T = 300 - aralığındaki sıcaklıklarda %2'dir.1300 K ve T = 1300 aralığındaki sıcaklıklarda -%5- 2500 Bin.
Spesifik izobarik ısı kapasitesi. J/(kg K.):
H p (T, P) = H po - [RT 2 ( D 2 B/ D T 2)](P/RT), (2)
Nerede H po= 5R /2 = 5193,17 J/(kg K), sıcaklık T K cinsinden ölçülür, P basıncı P cinsinden ölçülür A. Deneysel verilere yaklaşmanın doğruluğu %0,1'den daha kötü değildir.
Spesifik izokorik ısı kapasitesi, J /(kg K):
H v ( T, P) = Hvo- R (P/RT), (3)
Nerede H işte = 3R /2 = 3115,91 J/(kg·K). Yaklaşım doğruluğu %0,1'i geçmez.
Adyabatik üs (izentrop)
İzantropik indeks çalışmaya uygun olarak verilmiştir:
nerede bir sınır olarak P ® 0 bin ® 5/3.
Sesin termodinamik hızı, m/s, :
(5)
P basıncının P olduğu yer A, sıcaklık T K cinsinden ölçülür.
Spesifik entalpi J/kg, :
(6)
Nerede D e Ö= H p o T = 5193,17 T, J/kg. Referans noktası ideal bir gazın (0 K) durumudur. Yaklaşım doğruluğu (T = 300'de - 2500 K ve P 0,1 ila 6 MPa aralığında) %0,1'i aşmaz.
Spesifik entropi, J / (kg K), çalışmalara göre:
(7)
Nerede
T sıcaklığının K cinsinden ölçüldüğü yerde, basınç Toplu iğne P A, P o = 0,101325 10 6 Pa. T = 300 aralığında sıcaklık doğruluğu - 2500 K ve aralıktaki basınçlarda P=0.1 6 MPa %0,1'i aşmaz.
Dinamik viskozite katsayısı, Pa İle, iş tarafından verilen:
(8)
Nerede
(8a)
(8b)
burada T* = T/10 4, T K cinsinden ölçülür, P - Pa cinsinden, β 1 = 0,46041; β2 = – 0,56991; β3 = 0,19591; β4 = – 0,03879; β5 = 0,00259. T = 300 - aralığında sıcaklıkta doğruluk 1200 K %1,5 ve T = 1200 - aralığındaki sıcaklıklarda 2500 K %2,5'tur.
Isıl iletkenlik katsayısı , W / (m·K), :
(9)
Nerede
(9a)
K 1 yukarıda gösterilmiştir, T = 300 sıcaklık aralığında doğruluk - 1200 K %1,5 ve T = 1200 sıcaklıkta - 2500 K %2,5'tur.
Aşağıdaki tabloda gösterilen veriler yukarıdaki oranlar kullanılarak hesaplanmaktadır. Ek olarak δ = β/ ilişkisiRkinematik viskozite katsayısını hesaplamak için kullanılır; γ = α/( hp R) – katsayı için termal yayılma ve Prandtl sayısı için ε = δ / γ–.
Isı kapasitesi değerlerini hariç tuttuk N aşağıdaki tablodan alınmıştır, çünkü incelenen sıcaklık aralığında ısı kapasitesi biraz değişir ve 5,193 J/(g K'ye eşittir).
