Ысқаша теориялық мәлімет. Жылу сыйымдылық дегеніміз- заттың температурасын 1 С немесе 1К өзгертуге жұмсалған жылу мөлшері

Жылу сыйымдылық дегеніміз- заттың температурасын 1 С немесе 1К өзгертуге жұмсалған жылу мөлшері. Толық жылу сыйымдылық белгілі бір термодинамикалық процесте (Х) мына қатынас түрінде жазылады.

, Дж/К (4.1)

Меншікті жылу сыйымдылық С_x бұл берілген процестегі заттың бірлік мөлшеріне керек жылу мөлшері, оның температурасы 1 С-қа өзгергендегі шамасы.

Заттың бірлік мөлшерлері 1кг, 1м немесе 1моль болуына байланысты массалық , Дж/(кгК); көлемдік , Дж/(м К) немесе мольдік (молярлық) , Дж/(моль К) меншікті жылу сыйымдылықтар болып бөлінеді.

Көрсетілген меншікті жылу сыйымдылықтардың арасындағы өзара тәуелділіктер төмендегідей қатынастармен анықталады. , Дж/(кг К) (4.2) (4.3)

, Дж/(моль К) (4.4)

мұндағы (4.1)...(4.4) теңдеулердегі индекс «Х» әр термодинамикалық процестердегі тұрақты параметрлерді (P, V, T, n, q) көрсетеді; С_x – толық жылу сыйымдылық, Дж/К; c_x, c`_x , – меншікті жылу сыйымдылықтар олар заттың бірлік мөлшеріне келтірілген мағыналары.

Тұрақты қысымдағы С_р және көлемдегі С_v процестердегі жылу сыйымдылықтардың арасындағы байланыс Майер теңдеуі арқылы анықталады.

С_p – С_v =R.

Немесе

кДж/(кмоль К) (4.5)

Жылу сыйымдылық- процестің параметрі болып есептеледі де жалпы алғанда шамасы айнымалы, температураға, қысымға, заттың түріне және термодинамикалық процеске тәуелді. Сонымен бірге, оның жылу беруіне немесе жылу шығаруына байланысты. Жылу сыйымдылық өлшеушінің жұмыс істеуі, құрамында жылу өлшеуіш және қабығы жылу өткізбейтін салыстырмалы динамикалық С-калориметр әдісіне негізделген. Бірқалыпты өлшеу режимі әдісінің теориялық негіздері [11] әдебиетте толық келтірілген. Динамикалық С-калориметр әдісінің жылу сұлбасы 4.1-суретте көрсетілген.

4.1-сурет. Динамикалық с-калориметр әдісінің жылу сұлбасы (схемасы)

1-сыналатын үлгі; 2-ыдыс; 3-жылу өлшеуіш; 4-адиабаттық (жылу алмастырмаушы) сырт қабықша; 5-табан; 6-қақпақ

Зерттеуге арналған үлгі, затты (1) темір ыдыстың (2) ішіне қойып, екеуін бірге жылу өлшеуіш (3) арқылы келетін жылу ағынымен Q бірқалыпты жылытады. Сыналатын үлгі зат (1) пен ыдыстың, (2) қоршаған ортамен жылулық байланысы тек қана жылу өлшеуіш (3) арқылы өтеді. Сондықтан ыдыстың ашық беттері қоршаған ортадан жылу өткізбейтін сырт қабықша (4) арқылы бөлінеді. Жылу өлшеуіштің (3) орта қимасынан өтіп, жылу ағыны Q_ж.ө зерттелетін үлгі зат пен (1) ыдысты (2) жылытуға жұмсалады және ол мына формуламен анықталады.

Q_ж.ө=Q_з+Q_ыд . (4.6)

Мұндағы Q_з-зерттелетін затты жылытуға кеткен жылу ағыны,Вт, Q_ыд-ыдысты жылытуға кеткен жылу ағыны, Вт. Зерттелетін затқа жұмсалған жылу ағыны мына формуламен анықталады.

Q_з=c_з m_з b . (4.7)

Мұндағы С_з-заттың массалық меншікті жылу сыйымдылығы Дж (кг*к), m_з-заттың массасы, кг,b - қыздыру жылдамдығы, К/с. Ыдысты қыздыруға кеткен жылу ағыны, мына формуламен анықталады.

Q_ыд=C_ыд b . (4.8)

Мұндағы С_ыд - ыдыстың толық жылу сыйымдылығы Дж/К. Жылу өлшеуіштен (3) өтетін жылу ағыныының Q_ж.ө мөлшерін сол жылу өлшеуіштегі температуралар айырмасы T_ж.ө мен оның жылу өткізгіштігімен К_ж.ө бағалауға болады. Олардың шамалары бір-бірінен тәуелсіз, бөлшектелінген тәжірибелермен анықталады.Сонда,жылу ағыны:

Q_ж.ө= К_ж.ө+ T_ж.ө , (4.9)

Жылу өлшеуіштің жылу өткізгіштігі К_ж.ө=f (t_з)- өлшеуіштің тұрақтысы болып табылады. Ол тек қана үлгі заттың температурасына ғана t_з байланысты, шамалары 4.1-кестеде келтірілген. Өлшеуіштің өлшемесін бөліктеу үшін тәжірибе арқылы жылу өткізгіштің К_ж.ө температуралық тәуелділігін анықтау керек. Ол үшін эталон үлгімді үлгі затпен (мысты М1-ГОСТ859-78) немесе кварцтың шыны КВ-ГОСТ(1530-86) бес тәжірибе және бес бос ыдыспен арнаулы әдіске сәйкес, соншама тәжірибе өткізу керек. Бұл кезде жылу өткізгіштік К_ж.ө мына формуламен анықталады.

К_ж.ө , Вт/К. (4.10)

Мұндағы - эталон үлгі затпен өткізілген тәжірибелердегі кешігу уақытының орта шамасы, C, - бос ыдыспен өткізілген тәжірибелердегі уакыттың орта шамасы,C, -эталон үлгі заттың толық жылу сыйымдылығы, Дж/К. Эталон үлгі заттың толық жылу сыйымдылығы мына формуламен есептеледі.

, Дж/К . (4.11)

Мұндағы - эталон үлгі заттың меншікті массалық жылу сыйымдылығының кестелік мағынасы, Дж/(кг*к), - эталон үлгі заттың массасы, кг. Мыстан жасалған үлгі заттың (эталонның) (4.10) теңдеуімен есептелген К_ж.ө және мағыналары 4.1-кестеде келтіріліп және оларды заттардың жылу сыйымдылығын (4.14) формуласымен анықтағанда, өлшеуіштің тұрақтысы болып қолданылады. Зерттелетін үлгі, заттың меншікті жылу сыйымдылығының есептік формуласы (4.6), (4.7), (4.8), (4.9)-ды ескергенде, мына түрге келеді:

. (4.12)

Егерде жылу өткізгіштегі температуралардың, айырмасының мәні шамалы болса, онда жылу өткізгіштің температурасы кешігу уақытын өлшей беруге болады:

. (4.13)

Мұндағы - тәжірбие арқылы анықталған жылу өткізгіш температурасының кешігу уақыты, с. Сонда, зерттелген үлгі- заттың меншікті жылу сыйымдылығының іс жүзіндегі есептеу формуласы.

. (4.14)

Мұндағы - бос ыдыспен өткізілген тәжірибедегі жылу өлшеуіш температурасының кешігу уақыты, С. Оның сан мәні - = тең, ол 4.1-кестеде прибордың тұрақтысы ретінде келтірілген.