Удельная теплоемкость воздуха. Физические свойства веществ

Видео: Упражнение №7 § 8. Удельная теплоемкость - Физика 8 класс (Перышкин)

Окружающий нас воздух играет важную роль в жизни биологических организмов, населяющих планету Земля. А вот человеческая деятельность, связанная с самыми различными технологическими процессами, определила это вещество в разряд технически важных газов. Он подвергся доскональному изучению на предмет физических свойств. В ходе экспериментов были выявлены физические свойства воздуха, ряд их особенностей и зависимостей.

Трудность работы с воздухом заключается в том, что он является веществом неоднородным и представляет собой раствор из огромного количества компонентов. Но все, же некая стабильность его состава присутствует.

Природный рецепт жизненно важного газа (воздуха) включает практически стабильный набор ингредиентов. На сегодняшний день они имеют следующее процентное соотношение: азот занимает 78 процентов, кислород - 20, углекислый газ – 0.03 процента. Пар, другие газы и даже твёрдые частицы занимают около полутора процентов. Удельная теплоемкость воздуха зависит не только от других физических факторов, но и меняется в зависимости от внутреннего содержания (состава) газа.

На сбор и анализ данных о термодинамических свойствах воздуха был потрачен труд коллективов крупнейших мировых лабораторий. Эти исследования берут своё начало с конца XIX века и активно ведутся по сей день. Их результаты находят применение при расчёте самых различных энергетических и воздухоразделительных установок, аппаратов для химической промышленности и прочих устройств.

Удельная теплоемкость воздуха представляет собой величину, определяющую количество тепловой энергии, которую необходимо потратить, чтобы один килограмм этого газа изменил свою температуру на один градус (кельвин). Учитывая указанную ранее зависимость этой величины от многих факторов для инженерных целей создаются различные графики и таблицы. В них указывается, как меняется удельная теплоемкость воздуха в зависимости от температуры или влажности.

Для более глубокого изучения данного вещества были проведены эксперименты, для которых использовался сухой воздух, очищенный от углекислого газа. В первом случае определялась удельная теплоемкость при постоянном давлении (Cp), во втором при постоянном объёме (Cv) и одинаковых показаниях термометра. Интересно, что при 0° значение Cp составило 0,2402 кал/г·-град, а Cv того же газа - 0,1713 кал/г·-град. Отношение этих величин даёт следующий термодинамический показатель, имеющий важное значение в термодинамике.

Для определения газовой постоянной (R) высчитывают разность удельных теплоемкостей изучаемого газа при постоянном давлении (Cp) и при постоянном объеме (Cv). Физический смысл этой величины заключается в определении работы расширения, к примеру, одного килограмма газа (воздуха) при увеличении температуры его на один градус (кельвин).

В предыдущих экспериментах изучались физические свойства сухого воздуха. В реальной практике приходиться учитывать процентное содержание в нём пара (влажность). Удельная теплоемкость воздуха, содержащего определённое количество воды (пара), имеет свои зависимости и закономерности изменений.

Влажный воздух стал предметом целого направления в физических исследованиях, потому как содержание пара в нём оказывает влияние на целый ряд физических и даже химических процессов. Живые организмы тому не исключение. Изменение влажности воздуха не только влияет на комфортность микроклиматических условий помещения (офиса, цеха, лаборатории), но и оказывает воздействие на работоспособность сотрудников, сохранность ряда веществ и даже на функционирование некоторых устройств.

Видео: Галилео. Эксперимент. Расширение при нагревании

Не только констатация фактов, но и поиск различных способов влияния на свойства воздуха является предметом научных исследований. Они имеют большую важность в самых различных отраслях деятельности человека, начиная от химической промышленности, заканчивая строительством жилых помещений.