6. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ T ÀI
2.2. Hệ số dẫn nhiệt của chất khí
Hầu hết các chất khí, khi nhiệt độ của nó cách xa nhiệt độ tới hạn và áp suất tương đối bé, có thể gần đúng xem như khí lý tưởng. Theo thuyết động học phân tử, trong điều kiện áp suất và nhiệt độ bình thường, sự truyền nhiệt năng bằng dẫn nhiệt
trong chất khí được xác định bởi sự truyền động năng, phân tử chuyển động hỗn loạn
và sự va chạm của các phân tử chất khí. Hệ số dẫn nhiệt được xác định theo hệ thức
(2.9): . . . 6nku i (2.10) Trong đó: i: bậc tự do
u: Vận tốc trung bình số học của các phân tử khí.
: Quãng đường tự do trung bình của các phân tử khí.
Hệ số dẫn nhiệt không phụ thuộc vào áp suất. Điều này được giải thích một cách
sâu sắc hơn nếu ta xét bản chất vật lý của hiện tượng. Chẳng hạn nhiệt độ không đổi
(theo thời gian). Nếu ta tăng áp suất chất khí thì có nghĩa là số phân tử khí trong một đơn vị thể tích cũng tăng lên. Điều đó có nghĩa là mật độ phân tử n trong hình trụ tăng
lên, suy ra khối lượng riêng tăng lên.
Điều đó có thể đưa đến sự tăng hệ số dẫn nhiệt . Ta biết quãng đường tự do
trung bình
P
1 ~
, khi tăng áp suất thì giảm. Vì thế sự chênh lệch động năng giữa
phân tử đi từ trái sang phải và phân tử đi từ phải sang trái giảm đi, có nghĩa là có tác dụng giảm hệ số dẫn nhiệt . Khi áp suất thay đổi tích số. vẫn giữ không đổi. Từ đó suy ra hệ số dẫn nhiệt không đổi. Điều này chỉ đúng với khí ở điều kiện bình
thường, không áp dụng được cho khí kém tức trường hợp khí khi áp suất thấp (<
20mmHg ) và áp suất quá cao (>20000 bar ).
RT u 8 Trong đó :
k: Hằng số Boltzmann, R = 8,314.103J/Kmolđộ
: Khối lượng của 1Kmol
T: Nhiệt độ (oK)
Khi nhiệt độ tăng, nhiệt dung riêng của khí tăng do đó hệ số dẫn nhiệt cũng tăng. Hệ số dẫn nhiệt của khí nằm trong giới hạn 0,00060,6 W/mđộ.
Hình 2.2 f(t)của chất khí
Hêli và Hydrô có hệ số dẫn nhiệt tương đối lớn khoảng 5-10 lần so với các khí khác, điều này có thể giải thích được là do phân tử Hêli và Hydrô có khối lượng bé nên tốc độ trung bình của nó lớn.
Hình 2.3 Hệ số dẫn nhiệt của Hydrô và Hêli
Hệ số dẫn nhiệt của hơi nước và khí thực có khác với các khí lý tưởng bởi vì lực tương tác giữa các phân tử phụ thuộc vào áp suất.
Đối với hỗn hợp khí, hệ số dẫn nhiệt chỉ có thể xác định bằng thực nghiệm bởi
vì định luật xếp chồng lẫn nhau ở đây không đúng.