Плотность воздуха, его удельная теплоемкость, вязкость и другие физические свойства: таблицы при различных температурах

Рассмотрены основные физические свойства воздуха: плотность воздуха, его динамическая и кинематическая вязкость, удельная теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность, число Прандтля и энтропия. Свойства воздуха даны в таблицах в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении.

Плотность воздуха в зависимости от температуры

Представлена подробная таблица значений плотности воздуха в сухом состоянии при различных температурах и нормальном атмосферном давлении. Чему равна плотность воздуха? Аналитически определить плотность воздуха можно, если разделить его массу на объем, который он занимает при заданных условиях (давление, температура и влажность). Также можно вычислить его плотность по формуле уравнения состояния идеального газа. Для этого необходимо знать абсолютное давление и температуру воздуха, а также его газовую постоянную и молярный объем. Это уравнение позволяет вычислить плотность воздуха в сухом состоянии.

На практике, чтобы узнать какова плотность воздуха при различных температурах, удобно воспользоваться готовыми таблицами. Например, приведенной таблицей значений плотности атмосферного воздуха в зависимости от его температуры. Плотность воздуха в таблице выражена в килограммах на кубический метр и дана в интервале температуры от минус 50 до 1200 градусов Цельсия при нормальном атмосферном давлении (101325 Па).

При 25°С воздух имеет плотность 1,185 кг/м³. При нагревании плотность воздуха снижается — воздух расширяется (его удельный объем увеличивается). С ростом температуры, например до 1200°С, достигается очень низкая плотность воздуха, равная 0,239 кг/м³, что в 5 раз меньше ее значения при комнатной температуре. В общем случае, снижение плотности газов при нагреве позволяет проходить такому процессу, как естественная конвекция и применяется, например, в воздухоплавании.

Если сравнить плотность воздуха относительно плотности воды, то воздух легче на три порядка — при температуре 4°С плотность воды равна 1000 кг/м³, а плотность воздуха составляет 1,27 кг/м³. Необходимо также отметить значение плотности воздуха при нормальных условиях. Нормальными условиями для газов являются такие, при которых их температура равна 0°С, а давление равно нормальному атмосферному. Таким образом, согласно таблице, плотность воздуха при нормальных условиях (при НУ) равна 1,293 кг/м³.

Динамическая и кинематическая вязкость воздуха при различных температурах

При выполнении тепловых расчетов необходимо знать значение вязкости воздуха (коэффициента вязкости) при различной температуре. Эта величина требуется для вычисления числа Рейнольдса, Грасгофа, Релея, значения которых определяют режим течения этого газа. В таблице даны значения коэффициентов динамической μ и кинематической ν вязкости воздуха в диапазоне температуры от -50 до 1200°С при атмосферном давлении.

Коэффициент вязкости воздуха с ростом его температуры значительно увеличивается. Например, кинематическая вязкость воздуха равна 15,06·10^-6 м²/с при температуре 20°С, а с ростом температуры до 1200°С вязкость воздуха становиться равной 233,7·10^-6 м²/с, то есть увеличивается в 15,5 раз! Динамическая вязкость воздуха при температуре 20°С равна 18,1·10^-6 Па·с.

При нагревании воздуха увеличиваются значения как кинематической, так и динамической вязкости. Эти две величины связаны между собой через величину плотности воздуха, значение которой уменьшается при нагревании этого газа. Увеличение кинематической и динамической вязкости воздуха (как и других газов) при нагреве связано с более интенсивным колебанием молекул воздуха вокруг их равновесного состояния (согласно МКТ).

Примечание: Будьте внимательны! Вязкость воздуха дана в степени 10⁶.

Удельная теплоемкость воздуха при температуре от -50 до 1200°С

Представлена таблица удельной теплоемкости воздуха при различных температурах. Теплоемкость в таблице дана при постоянном давлении (изобарная теплоемкость воздуха) в интервале температуры от минус 50 до 1200°С для воздуха в сухом состоянии. Чему равна удельная теплоемкость воздуха? Величина удельной теплоемкости определяет количество тепла, которое необходимо подвести к одному килограмму воздуха при постоянном давлении для увеличения его температуры на 1 градус. Например, при 20°С для нагревания 1 кг этого газа на 1°С в изобарном процессе, требуется подвести 1005 Дж тепла.

Удельная теплоемкость воздуха увеличивается с ростом его температуры. Однако, зависимость массовой теплоемкости воздуха от температуры не линейная. В интервале от -50 до 120°С ее величина практически не меняется — в этих условиях средняя теплоемкость воздуха равна 1010 Дж/(кг·град). По данным таблицы видно, что значительное влияние температура начинает оказывать со значения 130°С. Однако, температура воздуха влияет на его удельную теплоемкость намного слабее, чем на вязкость. Так, при нагреве с 0 до 1200°С теплоемкость воздуха увеличивается лишь в 1,2 раза – с 1005 до 1210 Дж/(кг·град).

Следует отметить, что теплоемкость влажного воздуха выше, чем сухого. Если сравнить теплоемкость воды и воздуха, то очевидно, что вода обладает более высоким ее значением и содержание воды в воздухе приводит к увеличению удельной теплоемкости.

Теплопроводность, температуропроводность, число Прандтля воздуха

В таблице представлены такие физические свойства атмосферного воздуха, как теплопроводность, температуропроводность и его число Прандтля в зависимости от температуры. Теплофизические свойства воздуха даны в интервале от -50 до 1200°С для сухого воздуха. По данным таблицы видно, что указанные свойства воздуха существенно зависят от температуры и температурная зависимость рассмотренных свойств этого газа различна.

Теплопроводность воздуха λ при повышении температуры увеличивается во всем диапазоне, достигая при 1200°С величины 0,0915 Вт/(м·град). Другие теплофизические свойства воздуха такие, как его температуропроводность a и число Прандтля Pr, по-разному реагируют на изменение температуры. Температуропроводность, как и вязкость воздуха сильно зависит от температуры и при нагревании, например с 0 до 1200°С, ее значение увеличивается почти в 17 раз.

Число Прандтля воздуха слабо зависит от температуры и при нагревании этого газа его величина сначала снижается до величины 0,674, а затем начинает расти, и при температуре 1200°С достигает значения 0,724.

Будьте внимательны! Теплопроводность воздуха в таблице указана в степени 10². Не забудьте разделить на 100! Температуропроводность воздуха указана в степени 10⁶. Допускается интерполяция значений физических свойств воздуха в приведенных таблицах.

Энтропия сухого воздуха

В таблице представлены значения такого теплофизического свойства воздуха, как удельная энтропия. Значения энтропии даны для сухого воздуха в  размерности кДж/(кг·град) в зависимости от температуры и давления. Удельная энтропия указана в таблице в интервале температуры от -50 до 50°С при давлении воздуха от 90 до 110 кПа. Следует отметить, что при нормальном атмосферном давлении (101,325 кПа) и температуре, например 30°С, удельная энтропия воздуха равна 0,1044 кДж/(кг·град).

Источники:

1. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.
2. Богданов С.Н., Бурцев С.И., Иванов О.П., Куприянова А.В. Холодильная теника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ: Справ./ Под ред. С.Н. Богданова. 4-е изд., перераб. и доп. — СПб.: СПбГАХПТ, 1999.- 320 с.

Физические свойства воздуха :: HighExpert.RU

Воздух — это смесь различных газов (% по объему): азот — 78,03; кислород — 20,95; озон и другие инертные газы: аргон, гелий, неон, криптон, ксенон, радон — 0,94; углекислый газ — 0,03; водяной пар — 0,05. Содержание углекислого газа в атмосферном воздухе принимается равным (% по объему): в сельской местности — 0,03, в городах — 0,04—0,07. Содержание водяных паров в воздухе зависит от его температуры. Озон присутствует в лесном, горном и морском воздухе. Наружный воздух загрязняется отходящими от промышленных предприятий вредными для здоровья человека газами и пылью.

Плотность воздуха при нормальном атмосферном давлении 101,325 кПа (1 атм) и различной температуре

Динамическая и кинематическая вязкость воздуха при нормальном атмосферном давлении и различной температуре

Основные физические своqства воздуха при различной температуре

Формулы физических свойств воздуха

При проведении инженерных расчетов удобнее использовать приближённые формулы для определения физических свойств воздуха⋆:

Плотность воздуха

[ кг/м³ ]

Теплоёмкость воздуха

⋆ [ Дж/(кг • К) ]

Теплопроводность воздуха

⋆ [ Вт/(м • K) ]

Динамическая вязкость воздуха

⋆ [ Па • c ]

Кинематическая вязкость воздуха

[ м²/с ]

Температуропроводность воздуха

⋆ [ м²/с ]

Число Прандтля воздуха

[ — ]

⋆ Приближённые формулы физических свойств воздуха получены авторами настоящего сайта.

Размерность величин: температура — К (Кельвин).

Приближённые формулы действительны в диапазоне температур воздуха от 273 К до 473 К.

02.10.2020

Справочное пособие АВОК. Влажный воздух, Пособие от 01 января 2004 года

РАЗРАБОТАН творческим коллективом Некоммерческого Партнерства «Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике» (НП «АВОК») канд. техн. наук М.Г.Тарабанов (НИЦ «Инвент»), канд. техн. наук В.Д.Коркин (СПбГАИЖСА), В.Ф.Сергеев (НИЦ «Инвент»)

ВНЕСЕН Комитетом по техническому нормированию, стандартизации и сертификации НП «АВОК».

В справочном пособии изложены основные законы термодинамики идеальных газов и смесей, используемые в технике вентиляции и кондиционирования воздуха, даны определения основных параметров влажного воздуха и расчётные зависимости для их вычисления с примерами расчётов. Подробно рассмотрены построения процессов тепловлажностной обработки влажного воздуха на диаграмме. Приведены таблицы значений давления насыщенного водяного пара над поверхностью льда и чистой воды, а также значений влагосодержания насыщенного влажного воздуха при барометрическом давлении 99 и 101 кПа.

К стандарту приложены диаграммы влажного воздуха для интервала температур от -40 до +60 °С и значения влагосодержания до 30 г/кг с.в. при барометрическом давлении 99 и 101 кПа. При построении диаграмм масштабы и выбраны таким образом, чтобы получить широкое рабочее поле для построения процессов изменения параметров влажного воздуха, наиболее характерных для систем вентиляции и кондиционирования воздуха жилых, общественных и промышленных зданий.

В справочном пособии использованы некоторые расчётные зависимости и табличные материалы из справочника ASHRAE.

Настоящее справочное пособие является первой в отечественной практике попыткой систематизировать определения и расчётные зависимости основных параметров влажного воздуха и привести их в соответствие с международными стандартами.

Справочное пособие предназначено для специалистов по проектированию, наладке и эксплуатации систем вентиляции и кондиционирования воздуха и студентов высших учебных заведений.

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ

1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Термодинамической системой называется совокупность материальных тел в ограниченной области пространства, являющихся объектом изучения и находящихся во взаимодействии с окружающей средой.

Система отделяется от внешней среды материальной или воображаемой поверхностью — границей системы, которая может быть закрытой, т.е. непроницаемой для вещества, или открытой, если граница системы проницаема для вещества.

Если граница системы непроницаема для вещества и не допускает обмена с окружающей средой как теплотой, так и работой, то такая термодинамическая система называется изолированной.

Система называется неизолированной, если она допускает обмен с внешней средой и теплотой, и работой.

Система, имеющая во всех своих частях однородный состав и физические свойства, называется однородной.

Однородная термодинамическая система, внутри которой нет поверхности раздела фаз, называется гомогенной.

Система из двух или более фаз называется гетерогенной.

Примером гомогенной системы является атмосферный воздух, состоящий из смеси различных газов и водяного пара, а гетерогенной системы — туман, когда наряду с газовой фазой в системе присутствует жидкая (взвешенные капли воды) или твердая (кристаллы льда) фазы.

Термодинамическая система описывается рядом термодина

Расчёт количества вентиляторов. Часть 3. — Автоматика и Дом.РФ

Часть 3. Накопление тепловой энергии в воздухе теплицы. Сотовый поликарбонат и плёнка — естественные тепловые потери через стенки и крышу.

На казалось бы простой вопрос потребовалось написать целую диссертация. В виду того, что есть некоторые проблемы с разбивкой текста на страницы, пришлось создать 4 отдельные статьи. Поэтому, их или нужно ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО читать, начиная с части №1 (в противном случае половину не поймёте) или сразу читать часть № 4.

Кому лень читать и вникать — в части №4 итоговые выкладки.

Часть 4. Накопление тепловой энергии в воздухе. Сколько воздух в себя вберет тепла.

Начинаем с табличных значений:

• • Удельная теплоемкость СУХОГО воздуха равна 1005 Дж/кг * 1°С;
  • Перевод величин: 3600 Дж = 1 Вт;
  • Разницы температур между землёй (+25 °С) и воздуха под крышей теплице (+45 °С) составляет + 20 °С.
  • Теплоёмкость СУХОГО воздуха (по молекулярной массе) при разнице температур в 20 °С равна     1005*20 = 20100 Дж/кг
  • Плотность сухого воздуха при температуре 45 °С равна 1,118 кг/м³.
  • Но в теплице воздух ВЛАЖНЫЙ. Стандартная влажность 70-85%. Для 100% влажности при t=+25°C (температура окружающего воздуха) абсолютное содержание влаги равно 22,83 гр/м³. Для 75% эта цифра составит 22,83*0,75=17,12 гр/м³.
    Для 100% влажности при t=+45°C абсолютное содержание влаги равно 64,85 гр/м³. Для 75% эта цифра составит 64,85*0,75=48,64 гр/м³. Данные взяты с сайта «Инженерный справочник таблицы DPVA.RU» .
  • Удельная теплоемкость воды примем 4187 Дж/(кг * К), так как в нашем температурном режиме значения меняются очень незначительно.

Итого получаем, что 1 м³ воздуха с влажностью 75% при температуре 45 °С имеет удельную теплоёмкость равную «удельная теплоёмкость сухого воздуха + удельная теплоёмкость влаги». Но в расчётах будет немного другая цифра — будет расчёт по количеству энергии, которую нужно потратить для нагрева сухого воздуха с +25 °С до +45 °С и для нагрева влаги в воздухе с +20 °С до +45 °С (влага берётся из земли, а температура земли всегда меньше температуры окружающего воздуха, так как идет процесс испарения). Данные интересуют на 1 м³, так как тепло будет отводится вентилятором, а там учет идет по кубатуре (метрам кубическим).

Получаем (1’005 Дж/кг)*(20°С)*(1,118 кг/м³) + (((48,64 гр/м³)-(17,12 гр/м³))/1000)*(25°С)*(4187 Дж/(кг * К)).
Сокращаем и      (20’100*1,118) + (0,788*4187)=25’771 Дж.
В ваттах это 25’771 /3’600=7,16 Вт на 1 м³ воздуха в теплице. Именно столько тепла будет отводиться вентилятором с каждым кубометром воздуха.

Расчёт для сумасшедших —  до какой температуры должен нагреться воздух внутри теплицы под крышей, чтобы впитать в себя всю тепловую энергию от нагревания земли солнцем. От солнца в полдень в июне, излишек тепла составит примерно 250 Вт тепла в час. Теперь 250 Вт/(7,16 Вт/м³)= 35 раз. Теперь дельту в 20 °С умножаем на 35 раз и получаем 700 °С. Именно такая температура образовалась бы в теплице, если бы не было теплопотерь через стенки теплицы и отводимого вентилятором тепла. То есть получаем температуру как на Венере.

Для температуры под крышей теплицы равной 40 °С получаем (1’005 Дж/кг)*(15°С)*(1,127 кг/м³) + (((50,672*75% гр/м³)-(17,12 гр/м³))/1000)*(20°С)*(4187 Дж/(кг * К))=18739 Дж. В ваттах это 5,21 Вт.

Част 5. Сотовый поликарбонат и пленка — естественные тепловые потери.

Так как нагретый воздух контактирует с крышей теплицы и с её стенками, то происходит естественная потеря тепла (теплопроводность от горячего к холодному). Вот эти цифры и вычислим.

Теплопотери можно рассчитать по следующей формуле: Площадь поверхности * К * Разность температур(°C)
Площадь поверхности — вся внешняя поверхность теплицы с применением понижающих коэффициентов (ближе к земле температура ниже).
Разность температур =  разность температур между температурой снаружи и внутри теплицы (под крышей).
К- коэффициент теплопроводности материала. Watt/(м²*K)

Для распространенных в строительстве теплиц материалов коэффициент К имеет следующие значения:

• Сотовый поликарбонат однокамерный толщина 4 мм равно 3,9 Вт/(м2 * К)
• Сотовый поликарбонат однокамерный 6 мм по таблицам = 3.6  (=3.5 расчёт по аналогам)
• Сотовый поликарбонат однокамерный 8 мм по таблицам = 3.3  (=3.1 расчёт по аналогам)
• Сотовый поликарбонат однокамерный 10 мм = 3.0
• Сотовый поликарбонат двухкамерный 16 мм по таблицам = 2.3 (=2.1 расчёт по аналогам)
• Стекло оконное 3 и 4 мм = 6.25  Толщина 6 и 8 мм = 5,8 Вт/(м²*К).
• Однокамерный стеклопакет 4-12-4 мм = 3,1
• Полиэтиленовая плёнка 180-200 mkm = 7.5.
• Двухслойная надутая полиэтиленовая плёнка 180-200 mkm = 3.5

Стандартная теплица 3,2 * 4,0 метра имеет прямоугольный периметр, затем 0,5 метра вертикальный подъем и затем полусфера с диаметром 3,2 метра. То есть получаем куб и полусферу. Высота теплицы примерно 2,1 метра в самой высокой точке (пике). В этой теплице горячему воздуху негде храниться — и при добавлении новое порции горячего воздуха по крышу теплицу, он начинает опускаться к земле и обжигает растения. По другому — верхний горячий слой увеличивает свою толщину и потихоньку приближается к растениям со стороны крыши (как бы опускается). Поэтому, резервной высоты для хранения сверх горячего воздуха в пиковые часы нагрева солнцем такая теплица не имеет. Это большой минус, так как вентилятор должен работать по максимальным значениям (подушки безопасности нет).

Второй тип теплиц повыше: имеют высоту примерно 2 метра по бокам и затем крыша коньком. Общая высота 2,9 метра. Размеры 3,2*8,0 метров.

Здесь попроще — верхний 1 метр можно смело отложить под пиковый буфер хранения тепла, который затем потихоньку выводится наружу. Так, с 11 до 13 часов температура под крышей будет повышаться, даже при работающих вентиляторах, но затем температура под крышей теплицы пойдет на спад. Этот верхний буфер позволяет иметь реальный запас по мощности вентилятора в 27%.

Так, повышение вверху температуры с 45 до 50 С не будет вредить растениям (есть запас по высоте), но позволяет накопить лишней энергии на 56 Вт и при повышенной температуре. Сама крыша и боковые стенки будут более эффективнее будет отдавать тепло (разница температур больше). Каждый куб воздуха при t=50 ºС выводит на 1,95 Вт тепла больше. Напомню, при 45 ºС это каждый куб выводит 7,16 Вт тепла. При 50 ºС каждый куб отводит уже 9,11 Вт тепла (так как абсолютное содержание воды гораздо больше). Разница 1,95/7,16=27%. То есть прибавка составит 27% при температурном запасе  для растений (горячий воздух не дойдет до растений).

Давайте теперь считать тепловые потери для 45 °С. Разница температур: у земли =+25, под крышей = +45 С.

Потери для стандартной (низкой теплицы). Высоту берем 1,5 метра (комфортная высота по температурному режиму для растений) и пиковую температуру для оставшихся 0,6 метра. Температура плавно повышается с +25 до +45 на дистанции по высоте в 1,5 метра. То есть средняя температура (+25+45)/2=+35 С. Берем площадь боковых стенок куба (3,2+4+3,2+4)*0,5=7,2 м². Площадь всей крыши равна 2πR/2*L=3,14*1,6*4=20,1 м². Из него вычитаем на боковушки (высота с 0,5 метра до 1,5 метра) и получаем (3,2+4+3,2+4)*1=14,4 м². Значит на самый горячий воздух остаётся примерно 20,1-14,4=5,7 м². Есть кое какие упрощения. Если считать по уму, то отклонения будут около 3%, но при существенном усложнении формулы.
Для теплицы 3,2*8 получаем боковые стенки куба = (3,2+3,2+8+8)*0,5=11,2, площадь всей крыши равна 3,14*1,6*8=40,2 м². Вычитаем площадь боковушки и получаем крыша = 40,2-(3,2+8+3,2+8)*1,0=17,8 м².

Потери для высокой теплицы. Высоту берем 2,0 метра (комфортная высота по температурному режиму для растений) и пиковую температуру для оставшихся 0,9 метра. Температура плавно повышается с +25 до +45 на дистанции по высоте в 2,0 метра. То есть средняя температура (+25+45)/2=+35 С. Берем площадь боковых стенок (3,2+8+3,2+8)*2,0=44,8 м². Для вычисления площади крыши имеем высоту, равные скаты крыши теплицы и ширину 3,2 метра. По теореме Пифагора получаем боковой скат крыши теплицы равен 1,85 метра. Площадь коньковой  крыши равна (1,85*2)*8=29,6 м². Значит на самый горячий воздух приходится 29,6 м².

Теплопотери  составят:

• теплица 3,2*4. H=2.1m. Из сотового поликарбоната 4 мм. Стенки = (7,2+14,4)*3,9*(35-25)= 842 Вт/в час. Крыша = 5,7*3,9*(45-25)=445 Вт/час. ИТОГО = 1287 Вт/час
• теплица 3,2*8. H=2.1m. Из сотового поликарбоната 4 мм. Стенки = (11,2+22,4)*3,9*(35-25)= 1310  Вт/в час. Крыша = 17,8*3,9*(45-25)= 1388 Вт/час. ИТОГО = 2698 Вт/час
• теплица 3,2*4. H=2.1m. Из полиэтиленовой плёнки 150-200 мкр. Стенки = (7,2+14,4)*7,5*(35-25)= 1620 Вт/в час. Крыша = 5,7*7,5*(45-25)= 855 Вт/час. ИТОГО = 2475 Вт/час
• теплица 3,2*8. H=2.1m. Из полиэтиленовой плёнки 150-200 мкр. Стенки = (11,2+22,4)*7,5*(35-25)= 2520 Вт/в час. Крыша = 17,8*7,5*(45-25)= 2670 Вт/час. ИТОГО = 5190 Вт/час
• теплица БОЛЬШАЯ 3,2*8. H=2,9-3,1m. Из полиэтиленовой плёнки 150-200 мрн. Стенки = 44,8*7,5*(35-25)= 3360 Вт/в час. Крыша = 29,6*7,5*(45-25)= 4440 Вт/час. ИТОГО = 7800 Вт/час. Для перепада в 25 °С получаем 9750 Вт/час
• теплица БОЛЬШАЯ 3,2*8. H=2,9-3,1m. Из сотового поликарбоната 4 мм. Стенки = 44,8*3,9*(35-25)= 1747 Вт/в час. Крыша = 29,6*3,9*(45-25)= 2309 Вт/час. ИТОГО = 4056 Вт/час. Для перепада в 25 °С получаем 5070 Вт/час
• теплица БОЛЬШАЯ 3,2*8. H=2,9-3,1m. Из сотового поликарбоната 10 мм (или однокамерного стеклопакета 4-12-4 мм). Стенки = 44,8*3,0*(35-25)= 1344 Вт/в час. Крыша = 29,6*3,0*(45-25)= 1776 Вт/час. ИТОГО = 3120 Вт/час. Для перепада в 25 °С получаем 3900 Вт/час
• теплица БОЛЬШАЯ 3,2*8. H=2,9-3,1m. Из сотового поликарбоната 16 мм. Стенки = 44,8*2,3*(35-25)= 1030 Вт/в час. Крыша = 29,6*2,3*(45-25)= 1362 Вт/час. ИТОГО = 2392 Вт/час. Для перепада в 25 °С получаем 2990 Вт/час

Удельная теплоемкость воздуха. Физические свойства веществ

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.

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.

Воздух Теплоёмкость удельная — Энциклопедия по машиностроению XXL

Ударные пневматические инструменты — Расход сжатого воздуха 14—478 Удельная теплоёмкость 1 (1-я) — 438 Удельная теплоёмкость истинная 1 (1-я) — 438  [c.316]

Особое внимание обращено на формулировку основных понятий и терминов, широко используемых в кондиционировании воздуха. Такая необходимость диктуется тем, что в используемой в настоящее время литературе даже трактовка основополагающего понятия влажный воздух или зависимость для определения его энтальпии неодинакова. Под термином влажный воздух понимают гомогенную смесь сухого воздуха и водяного пара, или гетерогенную смесь, включающую и взвешенные в воздухе капли воды, и кристаллы льда. Приводимые формулы для определения энтальпии влажного воздуха имеют разные значения удельных теплоёмкостей сухого воздуха и водяного пара и теплоты фазового перехода, а их вывод дан на основе экспериментальных данных или теоретических предпосылок. Необходим единый подход к трактовке понятий и используемых зависимостей.  [c.5]

Задачей расчёта газовых смесей, в том числе и сухого воздуха, является определение газовой постоянной, молекулярной массы, парциальных давлений компонентов, плотности и удельного объёма, удельных теплоёмкостей и других величин на основе заданного состава смеси.  [c.35]

Удельная теплоёмкость сухого воздуха  [c.38]

Во всех приведённых формулах значения средних удельных массовых теплоёмкостей сухого воздуха с и водяного пара с  [c.104]

Удельная теплоёмкость воздуха при давлении 0,1 МПа  [c.37]

Пример 1.13. Массовый расход воздуха в подогревателе /п = 10 кг/с при t =- 25°С. Температура воздуха на выходе из подогревателя t2 = 60°С. Определить изменение энтальпии, энтропии и скорости воздуха, если принять, что процесс нагревания является изобарным, а живые сечения на входе и выходе аппарата одинаковы. Для расчёта принимаем плотность воздуха pi = 1,29 кг/м npHfi=-25° , а удельную теплоёмкость постоянной и равной Ср = 1,005 кДж/(кг К).  [c.30]

П.П. Формула для определения энтальпии влажного ненасыщенного воздуха Лите- ратур- ный исшч- Исполь- зуемый метод Средние удельные значения массовой теплоёмкости, кДж/(кгК) Удельная теплота плавления льда при Диапа- зон приме- нимости  [c.103]

Постоянная усотношение удельных теплоёмкостей при постоянном давлении и постоянном объёме —для воздуха при нормальных условиях имеет значение 1,40.  [c.246]

Pq — давление в невозмущённой среде, у—отношение удельных теплоёмкостей при постоянном давлении и постоянном объёме (для воздуха Р — 0 бар есть атмосферное давление, у—1,4). Дифференцируя уравнение адиабаты, имеем  [c.59]

ФИЗИКА: Задачи на количество теплоты — Ответы и решения

Задачи на количество теплоты с решениями

Формулы, используемые на уроках «Задачи на количество теплоты,
удельную теплоемкость».

1 г = 0,001 кг;     1 т = 1000 кг;    1 кДж = 1000 Дж;    1 МДж = 1000000 Дж

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача № 1.
 В железный котёл массой 5 кг налита вода массой 10 кг. Какое количество теплоты нужно передать котлу с водой для изменения их температуры от 10 до 100 °С?

При решении задачи нужно учесть, что оба тела — и котёл, и вода — будут нагреваться вместе. Между ними происходит теплообмен. Их температуры можно считать одинаковыми, т. е. температура котла и воды изменяется на 100 °С — 10 °С = 90 °С. Но количества теплоты, полученные котлом и водой, не будут одинаковыми. Ведь их массы и удельные теплоёмкости различны.

Задача № 2.
 Смешали воду массой 0,8 кг, имеющую температуру 25 °С, и воду при температуре 100 °С массой 0,2 кг. Температуру полученной смеси измерили, и она оказалась равной 40 °С. Вычислите, какое количество теплоты отдала горячая вода при остывании и получила холодная вода при нагревании. Сравните эти количества теплоты.

Задача № 3.
 Стальная деталь массой 3 кг нагрелась от 25 до 45 °С. Какое количество теплоты было израсходовано?

Задача № 4.
 В сосуде содержится 3 л воды при температуре 20 °С. Сколько воды при температуре 45 °С надо добавить в сосуд, чтобы в нём установилась температура 30 °С? Необходимый свободный объём в сосуде имеется. Теплообменом с окружающей средой пренебречь

Задача № 5.
 На сколько градусов изменилась температура чугунной детали массой 12 кг, если при остывании она отдала 648000 Дж теплоты?

Задача № 6.
 По графику определите удельную теплоёмкость образца, если его масса 50 г.

Задача № 7.
 Для нагревания медного бруска массой 3 кг от 20 до 30 °С потребовалось 12000 Дж теплоты. Какова удельная теплоемкость меди?

Задача № 8.
 Нагретый камень массой 5 кг, охлаждаясь в воде на 1 °С, передает ей 2,1 кДж энергии. Чему равна удельная теплоемкость камня?

Задача № 9.
 Какое количество теплоты потребуется для нагревания на 1 °С воды объемом 0,5 л; олова массой 500 г; серебра объемом 2 см3; стали объемом 0,5 м3; латуни массой 0,2 т?

Задача № 10.
 Какое количество теплоты получили алюминиевая кастрюля массой 200 г и находящаяся в ней вода объемом 1,5 л при нагревании от 20 °С до кипения при температуре 100 °С?

Задача № 11.
 а) Воздух, заполняющий объем 0,5 л в цилиндре с легким поршнем, нагрели от 0 до 30 °С при постоянном атмосферном давлении. Какое количество теплоты получил воздух? 
б) В порожнем закрытом металлическом баке вместимостью 60 м3 под действием солнечного излучения воздух нагрелся от 0 до 20 °С. Как и на сколько изменилась внутренняя энергия воздуха в баке? (Удельная теплоемкость воздуха при постоянном объеме равна 720 Дж/кг-°С.)

Задача № 12.
  ОГЭ
 Металлический цилиндр массой m = 60 г нагрели в кипятке до температуры t = 100 °С и опустили в воду, масса которой m_в = 300 г, а температура t_в = 24 °С. Температура воды и цилиндра стала равной Θ = 27 °С. Найти удельную теплоёмкость металла, из которого изготовлен цилиндр. Удельная теплоёмкость воды с_в = 4200 Дж/(кг К).

Краткая теория для решения Задачи на количество теплоты.

Конспект урока «Задачи на количество теплоты».

Посмотреть конспект урока по теме «Количество теплоты. Удельная теплоемкость»

Следующая тема: «ЗАДАЧИ на сгорание топлива с решениями».

Удельная теплоемкость при постоянном давлении и переменной температуре

Удельная теплоемкость (C) — это количество тепла, необходимое для изменения температуры единицы массы вещества на один градус.

• Изобарическая теплоемкость (C _p ) используется для воздуха в системе постоянного давления (ΔP = 0).
• I Сохорическая удельная теплоемкость (C _v ) используется для воздуха в замкнутой системе постоянного объема , (= изометрической или изометрической ).

Примечание! При нормальном атмосферном давлении 1,013 бар — удельная теплоемкость сухого воздуха — C _P и C _V — будет изменяться в зависимости от температуры. Это может повлиять на точность расчетов процессов кондиционирования и кондиционирования воздуха. При расчете массового и объемного расхода воздуха в обогреваемых или охлаждаемых системах с высокой точностью — удельную теплоемкость (= теплоемкость) следует скорректировать в соответствии со значениями на рисунках и в таблице ниже или найти с помощью калькулятора.

• Для обычных расчетов значение теплоемкости c _p = 1,0 кДж / кг K (равно кДж / кг ^o C) или 0,24 Btu (IT) / фунт ° F — обычно достаточно точный
• Для более высокой точности — значение C _p = 1,006 кДж / кг K (равно кДж / кг ^o C) или 0,2403 Btu (IT) / фунт ° F — это better

Онлайн-калькулятор удельной теплоемкости воздуха

Калькулятор, представленный ниже, можно использовать для оценки удельной теплоемкости воздуха при постоянном объеме или постоянном давлении, а также при заданных температуре и давлении.
Тепловая мощность на выходе выражается в кДж / (кмоль * K), кДж / (кг * K), кВтч / (кг * K), ккал / (кг * K), Btu (IT) / (моль * ° R). ) и британских тепловых единиц (IT) / (фунт _м * ° R)

См. также другие свойства Air при меняющейся температуре и давлении: Плотность и удельный вес при различной температуре, Плотность при переменном давлении, Коэффициенты диффузии для Газы в воздухе, число Прандтля, удельная теплоемкость при переменном давлении, теплопроводность, температуропроводность, свойства в условиях равновесия газ-жидкость и теплофизические свойства воздуха при стандартных условиях, а также состав и молекулярная масса,
, а также Удельная теплоемкость аммиака, Бутан, диоксид углерода, монооксид углерода, этан, этанол, этилен, водород, метан, метанол, азот, кислород, пропан и вода.

Вернуться к началу

Вернуться к началу

Вернуться к началу
Удельная теплоемкость воздуха при 1 бар (= 0,1 мПа = 14,5 фунтов на кв. Дюйм):

Для полного стола с Isobaric теплоемкость — поворот экрана!

° C]

-53,2

0,02011

Вернуться к началу

Преобразование единиц измерения:

0009

Удельная единица измерения тепла [BTU (IT)], градус Цельсия = [° C], градус Фаренгейта = [° F], градус Кельвина = [K], градус ранкин = [° R], джоуль = [Дж], килокалория (международная таблица) = [ккал (IT)], килограмм = [кг], килоджоуль = [кДж], киловатт-час = [кВтч], моль = [моль], фунт = [фунт]

K в единицах измерения можно заменить на ° C, и наоборот.° R в единицах измерения можно заменить на ° F, и наоборот.

• 1 БТЕ / (фунт ° F) = 1 БТЕ / (фунт ° R) = 1 ккал (IT) / (кг ° C) = 1 ккал (IT) / (кг K) = 4186,8 Дж / (кг K) ) = 0,81647 ккал (IT) / (фунт ° F) = 1,163×10 ^-3 кВтч / (кг K)
• 1 Дж / (кг K) = 1 Дж / (кг ° C) = 2,3885×10 ^-4 ккал (IT) / (кг ^o C) = 2.3885×10 ^-4 Btu / (фунт ° F) = 1.9501×10 ^-4 ккал (IT) / (фунт ° F)
• 1 ккал (IT ) / (кг ° C) = 1 британских тепловых единиц / (фунт ° F) = 4186,8 Дж / (кг K) = 0,81647 ккал (IT) / (фунт ° F) = 1.163×10 ^-3 кВтч / (кг · K)
• 1 ккал (IT) / (фунт ° F) = 1,2248 Btu / (фунт ° F) = 1,2248 ккал (IT) / (кг ° C) = 5127,9 Дж / ( кг K)
• 1 кДж / (кг K) = 1 кДж / (кг ° C) = 1000 Дж / (кг K) = 1000 Дж / (кг ° C) = 0,23885 ккал (IT) / (кг ° C) = 0,23885 Btu / (фунт ° F) = 0,19501 ккал (IT) / (фунт ° F) = 2,7778×10 ^-4 кВтч / (кг K)
• 1 кВтч / (кг K) = 0,85985 ккал (IT) / (кг ° C) = 0,85985 БТЕ / (фунт ° F) = 3,6 кДж / (кг · K)
• 1 моль воздуха = 28,96546 г

Наверх

.

Удельная теплоемкость воздуха

Удельная теплоемкость воздуха — (Обновлено 26.07.08)

Удельная теплоемкость воздуха

Номинальные значения, используемые для воздуха при 300 K: C _P = 1,00 кДж / кг. K, C _v =
0,718 кДж / кг · K ,, и k = 1,4. Однако все они являются функциями
температура, и с чрезвычайно высоким температурным диапазоном
имея опыт работы с двигателями внутреннего сгорания и газотурбинными двигателями, можно
получить существенные ошибки. В следующей таблице приведены значения
удельная теплоемкость как функция температуры.Мы находим, что
выбор значений удельных теплоемкостей в среднем
температура каждого процесса дает результаты с разумной точностью
(в пределах 1%).

Идеальный газ
удельная теплоемкость воздуха

Температура K	C P кДж / кг · K	C v кДж / кг. K	к
250	1.003	0,716	1.401
300	1,005	0,718	1,400
350	1,008	0,721	1,398
400	1.013	0,726	1,395
450	1.020	0,733	1,391
500	1.029	0,742	1,387
550	1.040	0,753	1,381
600	1.051	0,764	1,376
650	1.063	0,776	1,370
700	1.075	0,788	1,364
750	1.087	0,800	1,359
800	1.099	0,812	1,354
900	1.121	0,834	1,344
1000	1,142	0,855	1,336
1100	1,155	0,868	1,331
1200	1.173	0,886	1,324
1300	1,190	0,903	1,318
1400	1.204	0,917	1,313
1500	1.216	0,929	1,309

Значения до 1000 K были первоначально опубликованы в «Таблицах».
термических свойств газов », NBS Circular 564,1955. Последний
пять рядов были рассчитаны по формуле Б. Г. Кайла «Химический
и термодинамика процессов «, Englewood Cliffs / Prentice Hall,
1984 и имеют ошибку <1%.

______________________________________________________________________________________

Инженерная термодинамика, Израиль
Уриэли находится под лицензией Creative
Общедоступное авторское право — Некоммерческое использование — Совместное использование 3.0 США
Лицензия

.

Удельный коэффициент тепла воздуха

Удельный коэффициент тепла воздуха при стандартном атмосферном давлении в британских единицах (BG):

• c _p = удельная теплоемкость — постоянное давление
• c _v = удельная теплоемкость — постоянный объем

Удельная теплоемкость воздуха при Стандартное атмосферное давление в единицах СИ :

.

Воздух — теплофизические свойства

Теплофизические свойства воздуха:

• Температура кипения (при 1 бар абс.): 78,8 K = -194,4 ° C = -317,8 ° F
• Модуль объемной упругости: 1,01325 x 10 ⁵ Па или Н / м ²
• Температура конденсации (при 1 бар абс.): 81,8 K = -191,4 ° C = -312,5 ° F
• Критическая температура: 132.63 K = -140,52 ° C = -220,94 ° F
• Критическое давление: 37,363 атм = 37,858 бар = 3,7858 МПа (МН / м ² ) = 549,08 фунтов на кв. Дюйм (= _{фунтов на} / дюйм ² )
• Критическая плотность: 10,448 моль / дм ³ = 302,6 кг / м ³ = 0,5871 снаряд / фут ³ = 18,89 фунтов _м / фут ³
• Плотность (при 0 ° C и 1 бар абс.): 1.276 кг / м ³ = 0,00248 снаряда / фут ³ = 0,0797 фунта / фут ³
• Плотность (при 60 ° F и 1 атм): 1,208 кг / м ³ = 0,00234 снаряда / фут ³ = 0,0754 фунта / фут ³
• Энтальпия (теплота) воздуха при 0 ° C и 1 бар абс .: 11,57 кДж / моль = 399,4 кДж / кг = 171,7 Btu (IT) / фунт
• Энтропия воздуха при 0 ° C и 1 бар абс .: 0,1100 кДж / моль K = 3,796 кДж / кг K = 0,9067 БТЕ (IT) / фунт ° F
• Плотность жидкости при температуре кипения и 1 бар: 875.50 кг / м ³ = 54,656 фунт / фут ³
• Молярная масса: 28,9647 г / моль
• Удельная теплоемкость (C _p ) воздуха при 0 ° C и 1 бар абс .: 1,006 кДж / кг K = 0,24028 Btu (IT) / (фунт _м ° F) или ккал / (кг K)
• Удельная теплоемкость (C _v ) воздух при 0 ° C и 1 бар абс .: 0,7171 кДж / кг · K = 0,17128 Btu (IT) / (фунт _м ° F) или ккал / (кг · К)
• Теплопроводность при 0 ° C и 1 бар абс .: 24.35 мВт / (м · K) = 0,02094 ккал (IT) / (hm · K) = 0,01407 Btu (IT) / (ч · фут · ° F)
• Коэффициент теплового расширения при 0 ° C и 1 бар абс .: 0,00369 1 / K = 0,00205 1 / ° F
  
• Давление в тройной точке: 0,05196 атм = 0,05265 бар = 5265 Па = 0,7636 фунт / кв. Дюйм (= _{фунт / дюйм ² )}
• Температура тройной точки: 59,75 K = -213,40 ° C = -352,12 ° F
• Вязкость, динамическая, при 0 ° C и 1 бар абс .: 17.22 мкПа · с = 0,01722 сП = 0,3596×10 ^-6 (фунт _на с) / фут ² = 11,57×10 ^-6 фунтов _м / (фут · с)
• Вязкость, кинематическая, при 0 ° C и 1 бар: 0,00001349 м ² / с = 13,49 сСт = 0,0001452 футов ² / с

Перейдите по ссылкам ниже, чтобы получить значения для перечисленных свойств воздуха при изменении давления и температуры :

См. Также дополнительную информацию об атмосферном давлении и STP — Стандартная температура и давление и NTP — Нормальные температура и давление,
и Теплофизические свойства следующих компонентов: Ацетон, Ацетилен, Аммиак, Аргон, Бензол, Бутан, Двуокись углерода, Окись углерода, этан, этанол, этилен, гелий, водород, сероводород, метан, метанол, азот, кислород, пентан, пропан, толуол, вода и тяжелая вода, D ₂ O.

Воздух представляет собой смесь газов при стандартных условиях. Однако при низкой температуре и высоком давлении газовая смесь становится жидкостью. Фазовая диаграмма для воздуха показывает поведение фаз при изменении температуры и давления. Кривая между тройной точкой и критической точкой показывает температуру кипения воздуха при изменении давления.

В критической точке нет изменения состояния при повышении давления или добавлении тепла.

Тройная точка вещества — это температура и давление, при которых три фазы (газ, жидкость и твердое тело) этого вещества сосуществуют в термодинамическом равновесии.

Пример — Масса воздуха при температуре 100 ^o C

Из таблицы выше — плотность воздуха 0,946 кг / м ³ при 100 ^o C . Масса 10 м ³ воздуха может быть рассчитана как

м = V ρ

= (10 м ³ ) (0.946 кг / м ³ )

= 9,46 кг

где

м = масса (кг)

V = объем (м ³ )

(кг / м ³ )

Пример — Масса воздуха при температуре 20 ^o C

Из таблицы выше — плотность воздуха 1,205 кг / м ³ при 20 ^o С .Масса 10 м ³ воздуха может быть рассчитана как

м = (10 м ³ ) (1,205 кг / м ³ )

= 12,05 кг

Пример — Подъем Сила воздушного шара

Воздушный шар объемом 10 м ³ нагревается до 100 ^o C . Температура окружающего воздуха составляет 20 ^o C. Изменение силы тяжести (веса) воздушного объема представляет собой потенциальную подъемную силу воздушного шара.Подъемную силу можно рассчитать как

F _l = dm a _g

= V d ρ a _g

= (10 m ³ ) [ (1,205 кг / м ³ ) — (0,946 кг / м ³ )] (9,81 м / с ² )

= 25,4 Н

где

02 F l = подъемная сила — изменение силы тяжести (вес) (Н)

a _g = ускорение свободного падения (9.81 м / с ² )

dm = V d ρ = изменение массы в баллоне (кг)

dρ = изменение плотности из-за разницы температур (кг / м ³ )

.