Теплоемкость газов

Под теплоемкостью С понимают отношение количества тепла, полученного системой q, к приросту температуры (Аt, °С): С = q : М.
При этом газ, теплоемкость которого определяют, не должен изменяться (вступать в реакцию, диссоциировать, растворяться и т. д.). Теплоемкость зависит от температуры (у газов растет с нагреванием). Поэтому различают истинную при очень малом приросте температуры и среднюю темлоемкости для интервала температур (от t1 до t2). Для практических расчетов теплоемкость определяют на единицу массы (1 г, 1 кг, 1 моль и т. д.). Теплоемкость, рассчитанная на 1 г, называется удельной теплоемкостью; на 1 моль — мольной теплоемкостью. Газы при нагревании расширяются и совершают при этом работу против внешних сил, равную произведению PK (V2 — V1), где V1 и V2 — начальный и конечный объемы; P — исходное давление и К — коэффициент. На эту работу требуется затрачивать энергию. Поэтому определяют теплоемкость при постоянном объеме (изохорная теплоемкость — Cv) и постоянном давлении (изобарная теплоемкость — Cр), Cр > Сv.
Разность мольных теплоемкостей при постоянном давлении и постоянном объеме равна универсальной газовой постоянной Cp — Cv = R, или 8,31 Дж.
Для одноатомных газов (He, Ar и др.) зависимостью теплоемкости от температуры обычно пренебрегают, считая ее постоянной.
Выполняющему металлургические расчеты необходимо пользоваться средней теплоемкостью газов в нужном интервале температур.

В табл. 3 приведены сведения о средней теплоемкости важнейших в цветной металлургии газов.
По данным табл. 3 можно найти две полезные цифры.
Удельную теплоемкость газов (по массе). Для этого надо разделить цифры, приведенные в табл. 3, на молекулярную массу газа. При этом для металлургических расчетов допустимо округление мольной массы. Например, для водорода средняя теплоемкость от 0 до 400° С в расчете на 1 г равна 29,15: 2 = 14,58 кДж/(г*град).
Объемную теплоемкость. Для этого цифры табл. 3 надо делить на 22,4, т. е. мольный объем. Например, для водорода получим 29,15 : 22,4 = 1,30 Дж/(л*град).
По данным табл. 3 можно рассчитать теплоемкость смеси газов. Например, объемную теплоемкость воздуха найдем так: (29,71*79 + 31,41*21) : (100 22,4) = [1,33 кДж/(м3*град)]. Здесь 79 и 21 — содержание в процентах азота и кислорода в воздухе по объему. Вследствие увеличения теплоемкости с ростом температуры газы, охлаждаясь, отдают больше тепла, чем это кажется на первый взгляд при расчете по простой пропорции.