ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Теплотворность и теплота образования из "Основы техники ракетного полета " Числовая оценка энергии, выделяющейся при реакции горения, определяется в теплотехнике вполне очевидной мерой теплотворности. Хорошо известно, что, сжигая килограмм керосина, мы получаем примерно 10 000 ккал, сжигая килограмм угля, получаем около 7000 ккал. Но в такой оценке не учитывается вес окислителя — дарового кислорода, и это — еще не теплотворность топлива. В ракетной технике под топливом понимается не только то, что горит, а все вместе — вся совокупность веществ, которые участвуют или только присутствуют при реакции горения, и не обязательно — горения, а вообще реакции выделения энергии. [c.204] Керосин в ракетной терминологии это — не топливо. Эго — горючее. И вообще, горючим называется топливный компонент, в составе которого находятся в основном горючие химические элементы. В этиловом спирте С2Н5ОН содержится в основном углерод и водород, и, несмотря на то, что имеется и некоторое количество кислорода, мы все равно называем этот топливный компонент горючим. Такое же отношение выработалось и к окислительным компонентам. Жидкий кислород — окислитель, азотная кислота — окислитель, хотя в ее составе и содержится водород, который сам по себе может рассматриваться как горючее. [c.204] Таким образом, выделяющееся при реакции тепло следует относигь не к весу или массе горючего, а к весу или массе топлива. Так и принято в ракетной технике. Впредь под теплотворностью будем понимать отношение выделяющегося тепла к массе всех веществ, которые при этом были израсходованы. Поэтому отныне нельзя будет говорить о теплотворности, например, одного керосина. Надо обязательно указывать, в сочетании с каким окислителем. Если — с жидким кислородом, то теплотворность топлива на единицу массы будет Ко = 2200 ккал1кг, а для топлива азотная кислота — керосин получим Ко = = 1460 ккал кг. [c.204] Для определения теплотворности следует воспользоваться, очевидно, хорошо известным методом калориметрирования. Топливо помещается в замкнутый сосуд, проводится реакция, а выделившееся тепло отводится до тех пор, пока температура продуктов не станет равной исходной температуре смеси. Замеренное количество тепла делится затем на вес или массу находящегося в калориметре вещества, и таким образом определяется теплотворность. [c.204] На первый взгляд кажется, что теплотворность дает разность химических энергий топлива и продуктов сгорания в чистом виде. И это, действительно, близко к истине, но не совсем так. [c.204] Следовательно, теплотворность топлива отличается от изменения химической энергии А[Ух в той мере, в какой различны теплоемкости исходных и полученных веществ. Эти теплоемкости не одинаковы и зависят, кроме всего прочего, и от того, при постоянном объеме или давлении произведено калориметри-рование. [c.205] однако, не мешает рассматривать теплотворность как вполне объективную характеристику топлива, отвечающую на вопрос о том, какую энергию можно получить в принципе на килограмм рабочего тела. Но теплотворность топлива — характеристика интегральная. Для ведения же расчетов истечения необходнхм дифференцированный подход к оценке многообразных химических реакций, протекающих в камере двигателя. Это видно хотя бы из уравнения энергии (5.2). Для определения местной скорости потока ш надо знать местное значение химической энергии, а следовательно, и местный состав газовой смеси. [c.205] Каждому химическому соединению соответствует свой уровень химической энергии, который характеризуется, как известно из курса химии, теплотой образования. [c.205] Теплота образования — это та энергия, которая должна быть затрачена на создание какого-то химического соединения из простых веществ, находяшихся в стандартном состоянии. [c.205] Стандартное состояние — понятие условное. Оно характеризует начало отсчета энергии. Для таких простых веществ, как водород, кислород, азот, за начало отсчета принимается энергия газообразного молекулярного состояния. Это означает, что Н2, О2, N2 имеют теплоту образования, равную нулю. Для углерода принимается аллотропическая форма р-графита, для металлов— определенные кристаллические формы, и вообще, все те состояния, которые при стандартной температуре и стандартном давлении имеют наиболее низкий энергетический уровень. [c.206] В тех случаях, когда вещество образуется в результате горения простых веществ, находящихся в стандартном состоянии, теплота образования продукта сгорания равна по абсолютной величине и противоположна по знаку теплотворности исходных веществ. [c.206] Значок Д в обозначении теплоты образования указывает на то, что речь идет об изменении энергетического уровня по отношению к стандартному состоянию. Индекс нуль вверху предназначен для напоминания о стандартности, а индекс Т внизу, выраженный числом, дает абсолютную температуру исходных продуктов в стандартном состоянии. [c.206] Сказанное дает повод не только для любопытных, но и поучительных наблюдений. Развитие химической термодинамики конца прошлого и начала нынешнего века не требовало того четкого разграничения внутренней и химической энергий, которое мы проводим сейчас. В терминах физической химии внутренняя энергия включает в себя и химическую энергию, а энтальпия отождествляется с полной энтальпией. При решении задач о преобразовании энергии в замкнутом объеме, когда кинетическая энергия потока равна нулю, основная цель расчета заключается в том, чтобы определить, какое количество тепла может быть получено в результате протекающих реакций. Теплота образования в этих условиях как раз и дает меру того тепла, которое может быть отведено от газовой смеси и использовано на технические нужды. Это отведенное тепло равно изменению полной энтальпии. Отсюда, кстати, ясен и рецидив обозначений энтальпия — Я, а теплота образования — АЯ. Все это сложилось исторически. [c.207] За многие десятилетия накопился громадный объем данных по теплотам образования веществ, число которых сейчас измеряется тысячами. Не воспользоваться этим было бы неразумно. Поэтому для расчета процессов, протекающих в камере двигателя, где преобразование энергии носит более сложный характер, необходимо сохранить преемственность и проявить бережное отношение к уже накопленному опыту надо как бы построить свое новое здание, не нанося ущерба созданному ранее архитектурному ансамблю. [c.207] мы ознакомились с мерой химической энергии. Теперь необходимо подойти к вопросу определения химического состава продуктов в камере двигателя. Без этого нельзя найти полную местную энтальпию / рабочей смеси. [c.208] Вернуться к основной статье