Питома теплоємність повітря. Фізичні властивості речовин

Навколишній нас повітря відіграє важливу роль у житті біологічних організмів, що населяють планету Земля. А ось людська діяльність, пов`язана з самими різними технологічними процесами, визначила цю речовину в розряд технічно важливих газів. Він піддався досконалому вивченню на предмет фізичних властивостей. У ході експериментів були виявлені фізичні властивості повітря, ряд їх особливостей і залежностей.

Складність роботи з повітрям полягає в тому, що він є речовиною неоднорідним і являє собою розчин з величезної кількості компонентів. Але все, ж якась стабільність його складу присутня.

Природний рецепт життєво важливого газу (повітря) включає практично стабільний набір інгредієнтів. На сьогоднішній день вони мають таке процентне співвідношення: азот займає 78 відсотків, кисень - 20, вуглекислий газ - 0.03 відсотка. Пар, інші гази і навіть тверді частинки займають близько півтора відсотків. Питома теплоємність повітря залежить не тільки від інших фізичних факторів, а й змінюється в залежності від внутрішнього змісту (складу) газу.

На збір та аналіз даних про термодинамічних властивостях повітря був витрачений працю колективів найбільших світових лабораторій. Ці дослідження беруть свій початок з кінця XIX століття і активно ведуться донині. Їх результати знаходять застосування при розрахунку самих різних енергетичних і повітророзподільних установок, апаратів для хімічної промисловості та інших пристроїв.

Питома теплоємність повітря являє собою величину, що визначає кількість теплової енергії, яку необхідно витратити, щоб один кілограм цього газу змінив свою температуру на один градус (коливань). Враховуючи зазначену раніше залежність цієї величини від багатьох факторів для інженерних цілей створюються різні графіки і таблиці. У них вказується, як змінюється питома теплоємність повітря залежно від температури або вологості.

Для більш глибокого вивчення даної речовини були проведені експерименти, для яких використовувався сухе повітря, очищений від вуглекислого газу. У першому випадку визначалася питома теплоємність при постійному тиску (Cp), у другому при постійному об`ємі (Cv) і однакових свідченнях термометра. Цікаво, що при 0 ° значення Cp склало 0,2402 кал / гmiddot-град, а Cv того ж газу - 0,1713 кал / гmiddot-град. Ставлення цих величин дає наступний термодинамічний показник, має важливе значення в термодинаміки.

Для визначення газової постійної (R) вираховують різницю питомих теплоємність досліджуваного газу при постійному тиску (Cp) і при постійному обсязі (Cv). Фізичний зміст цієї величини полягає у визначенні роботи розширення, наприклад, одного кілограма газу (повітря) при збільшенні температури його на один градус (коливань).

У попередніх експериментах вивчалися фізичні властивості сухого повітря. У реальній практиці доводиться враховувати процентний вміст у ньому пара (вологість). Питома теплоємність повітря, що містить певну кількість води (пара), має свої залежності і закономірності змін.

Вологе повітря став предметом цілого напряму в фізичних дослідженнях, тому як зміст пара в ньому впливає на цілий ряд фізичних і навіть хімічних процесів. Живі організми тому не виключення. Зміна вологості повітря не тільки впливає на комфортність мікрокліматичних умов приміщення (офісу, цеху, лабораторії), але й впливає на працездатність співробітників, збереження ряду речовин і навіть на функціонування деяких пристроїв.

Не тільки констатація фактів, а й пошук різних способів впливу на властивості повітря є предметом наукових досліджень. Вони мають велику важливість в самих різних галузях діяльності людини, починаючи від хімічної промисловості, закінчуючи будівництвом житлових приміщень.