Каковы удельные теплоемкости cv и ср смеси газов, содержащей кислород массой 10 г и азота массой 20 г?
Дано:
m1=10 г=10⋅10-3 кг
m2=20 г=20⋅10-3 кг
M1=32⋅10-3кгмоль
M2=2⋅10-3кгмоль
Ответ
cр=711Джкг⋅К
cV=996Джкг⋅К
Решение
Молярные теплоемкости при постоянном давлении:
CpM=i+22R(1)
при постоянном объеме:
CVM=i2R(2)
где i-число степеней свободы молекулы газа (для двухатомного газа i=5); универсальная газовая постоянная.
Запишем (1) и (2) для кислорода и водорода:
CpM1=CpM2=i+22R(3)
CVM1=CVM2=i2R(4)
Удельная теплоемкость смеси газов при постоянном давлении:
cp=CpM1⋅ν1+CpM2⋅ν2m1+m2=i+22R⋅m1M1+i+22R⋅m2M2m1+m2==i+2R2⋅m1M1+m2M2m1+m2 (5)
где ν1,ν2- количество вещества кислорода и водорода, соответственно; т1,m2-масса кислорода и водорода, соответственно; М1,M2-молярная масса кислорода и водорода, соответственно.
Удельная теплоемкость смеси газов при постоянном объеме:
cV=CVM1⋅ν1+CVM2⋅ν2m1+m2=i2R⋅m1M1+i2R⋅m2M2m1+m2=R2i⋅m1M1+m2M2m1+m2 (6)
Произведем вычисления:
cр=5+2⋅8,312⋅10⋅10-332⋅10-3+20⋅10-32⋅10-310⋅10-3+20⋅10-3=711Джкг⋅КcV=5⋅8,312⋅10⋅10-332⋅10-3+20⋅10-32⋅10-310⋅10-3+20⋅10-3=996Джкг⋅К
Ответ:
cр=711Джкг⋅К
cV=996Джкг⋅К