Если в замкнутый объем поместить несколько между собой химически инертных газов, то в результате их механического перемешивания образуется субстанция с новыми термодинамическими свойствами, которая называется газовой смесью.
Если обозначить массу, объем и давление газовой смеси соответственно mсм, Vсм и pсм, то эти параметры можно выразить через соответствующие параметры компонентов, составляющих эту смесь:
mсм= m1+ m2+…+mn =åmi - масса смеси;
Vсм= V1+V2+…+Vn =åVi - объем смеси;
pсм=p1+p2+…+pn=åpi - давление смеси, (закон Дальтона)
В вышеприведенных формулах суммирование ведется в пределах: i=1,2…n, где n - число компонентов, из которых состоит газовая смесь;
mi – масса i- го компонента; Vi, pi – приведенный объем и парциальное давление iго компонента смеси.
В термодинамике применяются следующие понятия:
- массовая доля i- го компонента;
- объемная доля i- го компонента.
Очевидна правомерность следующих равенств: и , где суммирование ведется по i =1, 2…n.
Мольная (кажущаяся) масса смеси определяется по одной из следующих формул
|
|
; . (1.17)
Газовая постоянная смеси определяется по следующим формулам:
; , (1.18)
где и - соответственно мольная масса и газовая постоянная i- го компонента смеси.
Смесь количественно может быть задана в массовых gi и объемных ri долях. Связь между gi и ri выражается при помощи следующих формул:
, . (1.19)
В смеси, находящейся в термодинамическом равновесии, температура в пределах всего объема Vсм всюду одинакова, обозначим ее Tсм. Если все компоненты газовой смеси соответствуют определению идеального газа, то термодинамическое состояние этой смеси описывается уравнением Клапейрона-Менделеева:
pсм×Vсм=mсм×Rсм×Tсм. (1.20)
При тепловых расчетах часто приходится иметь дело со смесями газов. В подобных случаях возникает необходимость определения теплоемкости смеси. В термодинамических таблицах приводятся только теплоемкости отдельных компонентов смеси.
Существуют формулы, позволяющие определять эти величины. В зависимости от того, как задана смесь, удельную теплоемкость смеси можно рассчитывать при помощи формул:
смесь задана массовыми долями :
- изохорная массовая удельная теплоемкость смеси; (1.21)
- изобарная массовая удельная теплоемкость смеси; (1.22)
в случае задания смеси в объемных долях :
- изохорная объемная удельная теплоемкость смеси; (1.23)
- изобарная объемная удельная теплоемкость смеси, (1.24)
где соответственно обозначают , , и , - массовые изохорная, изобарная и объемные изохорная, изобарная теплоемкости i-го компонента смеси, значения которых приведены в специальных таблицах в [9].