غاز. غاز مثالي

الغاز الطبيعي المسالأو مختصر الغاز الطبيعي المسال، كما هو معتاد في صناعة الطاقة (الإنجليزية resp. الغاز الطبيعي المسال، اختصار. الغاز الطبيعي المسال) هو غاز طبيعي عادي مبرد إلى -162 درجة مئوية (ما يسمى ب درجة حرارة التسييل) للتخزين والنقل في شكل سائل. يتم تخزين الغاز المسال عند نقطة الغليان ، والتي يتم الاحتفاظ بها بسبب تبخر الغاز الطبيعي المسال. هذه الطريقة في تخزين الغاز الطبيعي المسال ترجع إلى حقيقة أن لـ الميثان ، المكون الرئيسي للغاز الطبيعي المسال، درجة الحرارة الحرجة هي -83 درجة مئوية ، وهي أقل بكثير من درجة الحرارة المحيطة ، ولا تجعل من الممكن تخزين الغاز الطبيعي المسال في صهاريج عالية الضغط (كمرجع: درجة الحرارة الحرجة للإيثان + 32 درجة مئوية ، من أجل البروبان + 97 درجة مئوية). للاستخدام ، يتم تبخير الغاز الطبيعي المسال إلى حالته الأصلية دون وجود الهواء. في ( عودة الغاز إلى حالته البخارية الأصلية) من متر مكعب واحد من الغاز المسال ، يتكون حوالي 600 متر مكعب من الغاز الطبيعي العادي.

درجة حرارة غاز البترول المسال

درجة الحرارة المنخفضة للغاية للغاز الطبيعي المسال تجعله سائل مبرد. كقاعدة عامة ، يتم أخذ المواد ذات درجة حرارة -100 درجة مئوية (-48 درجة فهرنهايت) أو أقل في الاعتبار مبردةوتتطلب تقنيات خاصة للمعالجة. للمقارنة ، فإن أدنى درجة حرارة مسجلة على الأرض هي -89.2 درجة مئوية (أنتاركتيكا) ، وفي المستوطنة -77.8 درجة مئوية (قرية أويمياكون ، ياقوتيا). تعني درجة الحرارة المبردة للغاز الطبيعي المسال أن التلامس مع LNG يمكن أن يغير خصائص المواد الملامسة ، والتي ستصبح لاحقًا هشة وتفقد قوتها ووظائفها. لذلك ، يتم استخدام تقنيات خاصة في صناعة الغاز الطبيعي المسال.

التركيب الكيميائي للغاز الطبيعي المسال

النفط الخام والغاز الطبيعي من أنواع الوقود الأحفوري المعروفة باسم "الهيدروكربونات"لأنها تحتوي على تركيبات كيميائية من ذرات الكربون والهيدروجين. يعتمد التركيب الكيميائي للغاز الطبيعي على مكان إنتاج الغاز ومعالجته. الغاز الطبيعي المساليمثل خليطالميثان والإيثان والبروبان والبيوتان بكمية قليلة من الهيدروكربونات الثقيلة وبعض الشوائب ، ولا سيما معقدات النيتروجين والكبريت والماء وثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين ، والتي قد توجد في غاز التغذية ، ولكن يجب إزالتها من قبل. الميثانهو العنصر الأكثر أهمية ، عادة ، وإن لم يكن دائمًا ، أكثر من 85٪ من حيث الحجم.

كثافة غاز البترول المسال

بما أن الغاز الطبيعي المسال خليط ، كثافة الغاز الطبيعي المساليختلف قليلاً مع تكوينه الفعلي. كثافة الغاز الطبيعي المسال، بشكل عام في حدود 430-470 كيلوغرام لكل متر مكعب ، وحجمه يقارب 1/600 من حجم الغاز في الظروف الجوية. هذا يجعله أخف وزنًا من الهواء بمقدار الثلث. والنتيجة الأخرى لهذه الحقائق هي أن الغاز الطبيعي المسال له كثافة أقل من كثافة الماء ، مما يسمح له بالطفو على السطح في حالة الانسكاب والعودة إلى البخار بسرعة كبيرة.

خصائص أخرى للغاز الطبيعي المسال

الغاز الطبيعي المسال عديم الرائحة ، عديم اللون ، غير قابل للتآكل ، غير قابل للاشتعال وغير سام. يتم تخزين الغاز الطبيعي المسال ونقله في درجات حرارة منخفضة للغاية عند الضغط الجوي (بدون ضغوط عالية). عند تعرضه للبيئة ، يتبخر الغاز الطبيعي المسال بسرعة ، ولا يترك أي أثر على الماء أو التربة.

في شكل سائللا يمتلك الغاز الطبيعي المسال القدرة على الانفجار أو الاشتعال. في تبخريمكن أن يشتعل الغاز الطبيعي إذا لامس مصدر احتراق وإذا كان تركيز البخار في الهواء يتراوح بين 5 و 15 بالمائة. إذا كان تركيز أبخرة الغاز أقل من 5 في المائة ، فلا يوجد بخار كافٍ لإشعال حريق ، وإذا كان أكثر من 15 في المائة ، فسيكون هناك نقص في الأكسجين في البيئة.

فوائد الغاز الطبيعي المسال

1. تزداد كثافة الغاز مئات المرات ، مما يزيد من كفاءة وراحة التخزين ، وكذلك النقل واستهلاك الطاقة.
2. الغاز الطبيعي المسال - سائل مبرد غير سام، والتي يتم تخزينها في وعاء عازل للحرارة عند درجة حرارة -162 درجة مئوية. يمكن تخزين كميات كبيرة من الغاز الطبيعي المسال عند الضغط الجوي.
3. إمكانية النقل العابر للقارات للغاز الطبيعي المسال بواسطة مركبات خاصة ، وكذلك النقل بالسكك الحديدية والطرق في صهاريج.
4. يجعل الغاز الطبيعي المسال من الممكن تحويل المرافق البعيدة عن خطوط الأنابيب الرئيسية إلى غاز عبر مسافات طويلة من خلال إنشاء احتياطي من الغاز الطبيعي المسال مباشرة إلى المستهلك ، وتجنب إنشاء أنظمة خطوط الأنابيب باهظة الثمن.

من وجهة نظر المستهلك ، تكمن مزايا الغاز الطبيعي المسال ، بناءً عليه ، في حقيقة أن الغاز الطبيعي المسال ليس فقط مصدرًا للغاز المنقول عبر خطوط أنابيب الغاز ، ولكنه أيضًا مصدر NGL (جزء كبير من الهيدروكربونات الخفيفة- الإيثان والبروبان والبيوتان والبنتانات) ، والتي تعد جزءًا من الغاز الطبيعي المسال ويتم إطلاقها من الغاز الطبيعي المسال أثناء إعادة تحويل الغاز إلى غاز. تستخدم هذه الهيدروكربونات كمواد خام بتروكيماوية وكمصدر للوقود الصديق للبيئة لأنماط مختلفة من النقل (وكذلك في الحياة اليومية). في سيكون اختيار الكسر مع 2 + أو مع 3 +. إمكانية النقل NGLكجزء من الغاز الطبيعي المسال ، فهو لا يعمل لصالح المستهلك فحسب ، بل يحل أيضًا مشاكل المنتج من حيث النقل NGLمن حقل الغاز.

الغاز الطبيعي المسال آمن ، وقود صديق للبيئةمع أداء عالي للطاقة وتصنيف الأوكتان. سعر الغاز الطبيعي المسالبتكلفة على المستهلك أقل من سعر غاز البترول المسال وزيت الوقود وحتى وقود الديزل بدرجة أكبر.

غاز. الحالة الغازيةتسمى حالة المادة التي تكون فيها القوى المؤثرة بين الجزيئات صغيرة للغاية وأبعاد الجزيئات نفسها ضئيلة مقارنة بالفجوات الموجودة بينها. بين الاصطدامات ، تتحرك جزيئات الغاز في خط مستقيم ، بالتساوي وبشكل عشوائي تمامًا. عند تسخينها وتخلخلها ، تميل جميع الغازات إلى الحالة المحددة لما يسمى بالمثالي ، أو غاز مثالي.

في غاز مثاليالقوى بين الجزيئات هي صفر ، وحجم الجزيئات نفسها متناهي الصغر مقارنة بحجم الفضاء بين الجزيئات. حالة الغاز المثالي هي تلك الحالة المحدودة للمادة المخففة التي تميل إليها جميع الأجسام الطبيعية عند درجات حرارة عالية بدرجة كافية وضغوط منخفضة بدرجة كافية ؛ هذه هي الأهمية الخاصة لحالة الغاز المثالي ، والتي ، علاوة على ذلك ، هي الأكثر قابلية للبحث بسهولة وبالتالي الأكثر دراسة. يمكن اعتبار المادة التي تملأ الفضاء بين الكواكب في حالة نادرة للغاية أنها في حالة غاز مثالي.

يتم تحديد ضغط الغاز (p) من خلال تأثير جزيئات الغاز على جدران الوعاء. وفقًا للنظرية الحركية ، يتناسب متوسط ​​الطاقة الحركية لجزيئات الغاز مع درجة الحرارة المطلقة. في النظرية الحركية ، يتضح أن الغاز المثالي يتبع بدقة معادلة الحالة التالية ، والتي تتعلق بثلاث معلمات للحالة: v و T و p ، اثنان منها مستقلان ، والثالث هو وظيفتها:

هذه المعادلة ( معادلة كلابيرون) يحتوي بشكل صريح على ثلاثة قوانين أساسية لحالة الغاز المثالي:

1) قانون بويل ماريوت. عند درجة حرارة ثابتة (T) ، يكون المنتج (p v) لكمية معينة من الغاز المثالي هو قيمة ثابتة (p v \ u003d Const) ، أي حجم الغاز المثالي (v) يتناسب عكسيًا مع ضغطه (p): متساوي الحرارة للغاز المثالي في نظام الإحداثيات (v ، p) عبارة عن أسطر زائدة متساوية الأضلاع تكون خطوطها المقاربة محاور الإحداثيات.

2). في ثابت (p) ، يزداد حجم كمية معينة من الغاز المثالي خطيًا مع درجة الحرارة:

(v 0 - الحجم عند درجة الحرارة \ u003d 0 درجة مئوية ، α - معامل التمدد للغاز المثالي). التغيير (p) مع درجة الحرارة عند v = Const تخضع لنفس القانون:

(α) في المعادلة (3) - معامل الضغط ، يساوي عدديًا معامل التمدد (α) في المعادلة (2) = 1 / 273.1 = 0.00367 - قيمة مستقلة عن طبيعة الغاز ونفس الشيء بالنسبة لجميع الغازات المثالية ؛ ص 0 - الضغط عند درجة الحرارة \ u003d 0 درجة مئوية. إدخال درجة الحرارة المطلقة بدلاً من درجة الحرارة

نجد بدلاً من المعادلتين (2) و (3):

3) قانون أفوجادرو. المعادلة (1) توضح ذلك ثابت الغاز R \ u003d p 0 ∙ v 0 / 273.1 يتناسب مع الحجم الطبيعي v 0 الذي تشغله كمية معينة من الغاز في ظل الظروف العادية (p 0 \ u003d 1 Atm و t 0 \ u003d 0 ° C \ u003d 273.1 ° K) ، أي أن الظهر يتناسب مع كثافة الغاز في ظل الظروف العادية D 0. وفقًا لقانون Avogadro ، مع نفس (p) و (T) ، تحتوي جميع الغازات المثالية بأحجام متساوية (على سبيل المثال ، تساوي v 0) عددًا متساويًا من الجزيئات. بالعكس: عدد متساوٍ من الجزيئات (على سبيل المثال ، 1 مول \ u003d 1 جرام جزيء) من أي غاز في حالة مثالية يحتل نفس الحجم v 0 في ظل الظروف العادية ، بغض النظر عن طبيعة الغاز (1 مول من أي مادة يحتوي على N 0 = 6.06 10 23 جزيء فردي - رقم أفوجادرو). وجدت ذلك بدقة كبيرة الحجم المولي الطبيعيأي غاز مثالي (V 0) م يساوي 22.412 لتر / مول. من هنا يمكنك حساب عدد الجزيئات في 1 سم 3 من أي غاز مثالي في ظل الظروف العادية: n0 \ u003d 6.06 ∙ 10 23/10 3 ∙ 22.416 \ u003d 2.705 ∙ 10 19 سم 3 (رقم Loshmit). باستخدام المعادلة (1) ، يتم التعبير عن قانون Avogadro في حقيقة أن ثابت الغاز R عند حسابه لـ 1 مول من أي غاز سيكون هو نفسه ، بغض النظر عن طبيعة الغاز. الذي - التي. R ثابت عالمي ذو بعد [ عمل]/[وزن][درجة الحرارة] ويعبر عن عمل تمدد 1 مول من الغاز المثالي عند تسخينه بمقدار 1 درجة مئوية عند p \ u003d Const:

هذا هو المعنى المادي لـ R.

ابحث عن قيمة عددية

في الوحدات الأخرى ، قيم R (لكل 1 مول) هي:

بالإضافة إلى القوانين الثلاثة التي تم تحليلها ، من المعادلة (1) لحالة الغاز المثالي بالتزامن مع قانون الديناميكا الحرارية ، فإن القوانين الأساسية التالية تتبع أيضًا:

4) قانون الجول. إحدى المعادلات العامة للديناميكا الحرارية

يعطي ، مع المعادلة (1) ، الشروط التالية للطاقة الداخلية U للغاز المثالي:

أي أن U للغاز المثالي هي دالة لـ T فقط (قانون جول) ؛ أثناء التمدد المتساوي الحرارة للغاز المثالي ، يتم تحويل كل الحرارة الممتصة إلى عمل خارجي ، وأثناء الضغط المتساوي الحرارة ، يتم تحويل كل العمل المستنفد إلى حرارة مطلقة.

5) السعات الحرارية لغاز مثالي عند حجم ثابت c v وعند ضغط ثابت c p هي وظائف T وحدها. تعطي الديناميكا الحرارية المعادلات العامة

ولكن بالنسبة للغاز المثالي (p) و (v) تعتمد خطيًا على (T) ، وفقًا لقانون Gay-Lussac (4) و (5) ؛ لذلك ، تتحول الأجزاء اليمنى من المعادلات (9) إلى 0 و

السعات الحرارية c p و c v ليست مستقلة عن بعضها البعض ، ولكنها مرتبطة بالغاز المثالي بشرط بسيط:

الناشئة عن قوانين الغاز (R لها أبعاد السعة الحرارية) ، أي إذا كانت c p و c v مرتبطة بمول واحد من غاز مثالي ، فإنها تختلف عن بعضها البعض بمقدار 2 (بتعبير أدق ، بمقدار 1.986) - كال / مول درجة.

في النظرية الحركية ، من المقبول ، وفقًا لمبدأ التوزيع المنتظم للطاقة ، أنه لكل درجة حرية لجزيء الغاز توجد طاقة k 0 T / 2 ، ول 1 مول هناك

(k 0 \ u003d -R / N 0 هو ثابت الغاز المحسوب لجزيء واحد - ثابت بولتزمان). عدد درجات الحرية (1) هو عدد أنواع الطاقة الميكانيكية المستقلة عن بعضها البعض ، والتي يمتلكها جزيء الغاز. ثم طاقة 1 مول

(تقريبًا ، بافتراض R = 2 ، c v = i ، c p = i + 2).

في نظرية الغاز ، تلعب العلاقة cp / c v = دورًا مهمًا ؛ من المعادلتين (11) و (12):

في أبسط الحالات غاز أحادي الذرة(الذي يتكون جزيءه من ذرة واحدة ، ما هي الغازات النبيلة وأبخرة العديد من المعادن) أنا هو الأصغر ويساوي 3: يتم تقليل الطاقة الكاملة للجزيء إلى الطاقة الحركية لحركاته الانتقالية ، والتي يمكن إجراؤها في ثلاثة اتجاهات متعامدة بشكل مستقل ؛ ومن بعد

و γ لها أكبر قيمة ممكنة: γ = 5/3 = 1.667. إلى عن على الغازات ثنائية الذرة(H 2 ، O 2 ، N 2 ، CO وغيرها) يمكن اعتبارها I \ u003d 3 + 2 (دورانان حول محورين متعامدين بشكل متبادل متعامدين مع الخط الذي يربط كلتا الذرات) ؛ ثم c v = 4.96 ≈ 5 و cр = 6.95 ≈ 7 و γ = 7/5 = 1.40. إلى عن على غاز ثلاثي الذرات(Н 2 O، СO 2، H 2 S، N 2 O) i = 3 + 3 (دوران حول ثلاثة محاور متعامدة بشكل متبادل) و c v = 5.96 ≈ 6، cр = 7.95 7 و γ = 4/3 = 1.33.

مع مزيد من التعقيد لهيكل الجزيء ، أي مع زيادة i و c v و c p ، و γ = 1 + 2 / i ويميل إلى 1. الجدول. يوضح الشكل 1 أن كل ما يقال يتوافق جيدًا مع البيانات التجريبية ، وأن γ دائمًا> 1 و 1.667 ولا يمكن أن تكون = 1.50 (بالنسبة إلى i = 4).

بالنسبة للغازات أحادية الذرة ، c v و c p ، وفقًا للنظرية ، لا تتغير عمليًا مع درجة الحرارة (على سبيل المثال ، بالنسبة لـ Ar ، تقع قيم c v و c p في النطاق من 2.98 إلى 3.00 بين درجات الحرارة = 0 درجة و 1000 درجة مئوية). تم شرح التغييرات في c v و c p مع درجة الحرارة في نظرية الكم. ومع ذلك ، فإن السعات الحرارية للغازات القريبة من المثالية لا تتغير عمليًا عبر نطاقات درجات حرارة واسعة. عادةً ما يتم تحديد p و y بشكل تجريبي ، ويتم حساب c v من هذه البيانات.

غازات حقيقية. جميع الغازات الموجودة بالفعل هي غازات حقيقية ب. أو m. تنحرف عن قوانين الغازات المثالية ، ولكن كلما قلت درجة الحرارة وانخفض الضغط. الذي - التي. قوانين الغازات المثالية تحد من الغازات الحقيقية. في درجات الحرارة العادية ، يكون الانحراف أقل بالنسبة للغازات التي تكون درجة حرارتها الحرجة منخفضة للغاية (ما يسمى بالغازات الثابتة: He ، H 2 ، N 2 ، O 2 ، الهواء) ؛ بالنسبة للغازات ذات درجة الحرارة الحرجة العالية نسبيًا وللأبخرة (يسمى الغاز عند درجة حرارة أقل من درجة الحرارة الحرجة بخارًا) ، تكون الانحرافات كبيرة جدًا. أسباب انحرافات الغازات الحقيقية عن قوانين الغاز هي: 1) تأثير القوى بين الجزيئات فيها ؛ لذلك ، يتم سحب جزيئات السطح إلى غازات بالقوى ، ونتيجة لذلك ، تُحسب لكل وحدة سطح وتوجه عموديًا عليها ، تسمى الضغط الجزيئي (الداخلي) ك؛ 2) ليس الحجم الكامل للغاز (v) ، ولكن جزء منه فقط (v-b) يعطي الحرية لحركات الجزيئات ؛ جزء من الحجم (ب) ، covolum ، كما لو كانت تشغلها الجزيئات نفسها. إذا كان الغاز مثالياً ، فسيكون ضغطه أكبر من الملاحظة (p) بقيمة K ؛ لذلك ، ستتم كتابة معادلة الحالة للغاز الحقيقي في النموذج

في هذه المعادلة العامة ، قد يعتمد K و b على T و v.

أظهر Van der Waals أنه في أبسط الحالات ، K \ u003d a / v 2 ، و b هي قيمة ثابتة تساوي أربعة أضعاف حجم جزيئات الغاز نفسها. وهكذا ، فإن معادلة فان دير فال لها الشكل:

أ و ب ، ثوابت فان دير فال ، كما تظهر التجربة ، لا تزال تعتمد على T و v ، وبالتالي فإن المعادلة (15) ليست سوى تقريب أولي ؛ إنه يعيد إنتاج الشكل النوعي لمتساويات الغازات الحقيقية بشكل جيد.

في التين. يتم عرض 1 من أجل متساوي الحرارة النظري لثاني أكسيد الكربون: تتوافق الأجزاء على شكل حرف S من هذه متساوي الحرارة الدول غير المستقرة ديناميكيًا.

في التين. يوضح الشكل 2 متساوي الحرارة التجريبية لثاني أكسيد الكربون: يتم استبدال الأجزاء على شكل حرف S من المنحنيات بأجزاء مستقيمة ؛ على يمين هذه الأجزاء ، تتوافق المنحنيات مع الغاز (بخار غير مشبع) ، إلى اليسار - للسوائل ، والقطاعات المستقيمة نفسها - لتوازن البخار والسائل. توضح المعادلة (15) ، بالاتفاق التام مع التجربة ، أنه مع زيادة درجة الحرارة ، تصبح أبعاد الأجزاء المستقيمة على متساوي الحرارة أصغر وأصغر (الشكل 2) ، وأخيراً عند درجة حرارة معينة مساوية لدرجة الحرارة الحرجة ، يصبح طول هذا الجزء 0. عند درجة حرارة أكبر من درجة حرارة حرجة ، لا يمكن أن يتحول الغاز إلى سائل عند أي ضغط: يتوقف السائل عن الوجود. الذي - التي. تغطي معادلة فان دير فال حالتين - غازية وسائلة - وتعمل كأساس لعقيدة استمرارية الانتقال بين هاتين الحالتين. درجات الحرارة الحرجة لبعض الغازات لها القيم التالية: + 360 درجة مئوية لـ H 2 O ، + 31 درجة مئوية لثاني أكسيد الكربون ، -241 درجة مئوية لـ H 2 و -254 درجة مئوية لـ He.

تسييل الغاز. يمكن تحويل أي غاز إلى سائل عند الضغط المناسب ، بعد تبريده مسبقًا إلى درجة حرارة أقل من درجة الحرارة الحرجة. ترد الضغوط المطلوبة لإسالة ثاني أكسيد الكربون (في أجهزة الصراف الآلي) عند درجات حرارة مختلفة في الجدول. 2.

من الواضح أن هذه الضغوط هي ضغوط البخار المشبع لثاني أكسيد الكربون السائل وكلما انخفضت درجة الحرارة.

من أجل التبريد المسبق للغاز من أجل التسييل ، في التركيبات التقنية ، يستخدمون تأثير جول-طومسون ، والذي يتكون من حقيقة أنه أثناء التمدد الحراري (على سبيل المثال ، مع انخفاض حاد في الضغط عندما يتدفق الغاز من الحفرة) ، تزداد الطاقة الداخلية للغاز بمقدار ΔU ، وتتغير T بمقدار T ، وبشكل ديناميكي حراري

في حالة الغازات المثالية ، ΔU = 0 و T = 0 [لأنه وفقًا للمعادلة (1) ، T ∙ dv / dT - v = 0].

بالنسبة للغازات الحقيقية ، ΔТ ≠ 0 ، أي يحدث التبريد أو التسخين ، اعتمادًا على ما إذا كان T ∙ dv / dT - v 0 (Δp< 0). По уравнению Ван-дер-Ваальса,

(بتقريب كافٍ). الذي - التي. عند درجات حرارة عالية بما فيه الكفاية ، تسخن جميع الغازات أثناء التمدد الحرارى (ΔТ> 0 ، لأن a / R ∙ T< b), но с понижением температуры для каждого газа наступает نقطة الانقلابТ أنا التي تحددها الشرط

تحته تبدأ الغازات في التبريد أثناء التمدد الحراري (a / R ∙ T> b عند T< Т i). Для всех газов, кроме Н 2 и Не, Т i лежит выше обычных температур (так, для воздуха Т i соответствует +360°С), и потому газы могут быть сжижены по принципу Линде , без предварительного охлаждения. Для Н 2 инверсионная точка Т i - 80,5°С, а для Не - даже 15°К; поэтому Н 2 и Не для сжижения д. б. предварительно охлаждены ниже этих температур.

الدول ذات الصلة. درجة الحرارة الحرجة من T إلى ، والضغط p إلى والحجم v إلى m. ب. معبرًا عنها من حيث ثوابت فان دير فالس أ ، ب ، ص على النحو التالي:

إذا أخذنا القيم الحرجة لوحدات القياس T و p و v على التوالي ، فبدلاً من T و p و v ، ستتميز الحالة بـ القيم المعطاة:

إذا أدخلنا θ و π و في معادلة فان دير فال (15) ، فسيتم إلغاء الثوابت أ وب وص ، ونحصل على معادلة مخفضة للدولةمع معاملات عددية

التي لا تحتوي على كميات تعتمد على طبيعة المادة. تفترض المعادلة (19) ، مع ذلك ، أن معادلة فان دير فال صحيحة ، وبالتالي فإن الانحرافات عنها غالبًا ما تكون مهمة جدًا ، لا سيما في حالة المواد المرتبطة بها. مذهب الحالات المقابلة (ما يسمى بالحالات المقابلة لنفس θ و π و ϕ) يجعل من الممكن العثور على عدد كبير من التبعيات العالمية المشابهة للمعادلة (19).

استخدام الغازات. تُستخدم الغازات المضغوطة والمسيلة في التكنولوجيا حيثما كانت هناك حاجة لكميات كبيرة من الغاز بكميات صغيرة ؛ لذلك ، يتم استخدام ثاني أكسيد الكربون لكربنة المياه ، Cl 2 والفوسجين - في الأعمال الكيميائية العسكرية ، O 2 - للأغراض الطبية ، الهواء المضغوط - لبدء محركات الاحتراق الداخلي. الغازات المسالة (CO 2 و NH 3) لها أهمية خاصة في التبريد ، في آلات التبريد (على سبيل المثال ، لإنتاج الثلج الاصطناعي). تستخدم الغازات الخفيفة (H 2 ، غاز الإضاءة ، مؤخرًا) لملء البالونات. تستخدم الغازات الخاملة (N 2 والغازات النبيلة ، وخاصة Ar) لملء المصابيح المتوهجة نصف واط. وتجدر الإشارة بشكل خاص إلى استخدام الغاز للإضاءة أو كوقود: الإضاءة ، والطاقة ، وغازات الماء وغيرها.

لا يمكن أن توجد السوائل إلا في درجات حرارة أقل من درجة الحرارة الحرجة. لذلك ، لتسييل الغاز ، يجب أولاً تبريده تحت درجة الحرارة الحرجة ثم تعريضه للضغط. كما يتضح من الجدول الثالث عشر ، تتطلب الغازات مثل الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين وخاصة الهيليوم درجات حرارة منخفضة جدًا للتسييل.

الجدول الثالث عشر (انظر المسح) النقاط الحرجة والغليان (عند الضغط الجوي) لبعض الغازات

استخدمت إحدى الطرق الصناعية الأولى لإسالة الغازات (طريقة Linde ، 1895) تأثير جول-طومسون.

يظهر مخطط آلة Linde في الشكل 6.21. مضغوطًا بواسطة الضاغط K ، ونتيجة لذلك ، يتم تسخينه إلى حد ما ، يمر الغاز عبر المبرد X ، حيث ينبعث الحرارة من الماء الجاري ويبرد إلى درجة حرارته الأصلية. ثم يمر الغاز عبر الملف إلى صمام الخانق (الديك) ويتمدد إلى المستقبل B مع انخفاض ضغط يبلغ حوالي مئات من الغلاف الجوي إلى جو واحد. مباشرة بعد بدء تشغيل المحطة ، لا يكفي انخفاض درجة الحرارة لتسييل الغاز. يتم إرسال الغاز المبرد قليلاً إلى الضاغط عبر ملف. كلا الملفين على اتصال حراري قريب (عادةً ما يتم إدخال ملف واحد في الآخر) في مبادل حراري متدفق. في المبادل الحراري ، يذهب الغاز إلى الضاغط عند تعمل درجة الحرارة المنخفضة على تبريد تدفق الغاز القادم. من الواضح ، في الدورة الثانية ، أن الغاز سيقترب من الصمام A عند درجة حرارة أقل من

كان هذا خلال مروره الأول ، وبعد الاختناق ستنخفض درجة الحرارة أكثر. مع كل دورة ، نتيجة الاختناق وعمل المبادل الحراري ، ستنخفض درجة حرارة الغاز أكثر فأكثر ، وفي النهاية ستنخفض كثيرًا هذا الجزء من الغاز ، بعد التمدد ، يتحول إلى سائل ويتراكم في المستقبل B ، حيث يمكن تصريف السائل في وعاء ديوار من خلال صمام

يتم استخدام المبدأ الموصوف للتبادل الحراري للتيار المعاكس في جميع آلات تسييل الغازات ، على الرغم من أن تصميم مثل هذه المبادلات الحرارية يمكن أن يكون شديد التنوع.

طريقة صناعية أخرى لإسالة الغازات (طريقة كلود ، 1902) تعتمد على التبريد الإضافي للغاز عندما يعمل. يتم إرسال الغاز المضغوط بعد الصمام (الشكل 6.21) إلى آلة المكبس (الموسع) ، حيث يتمدد ، ويقوم بعمل تحريك المكبس بسبب الطاقة الحركية للجزيئات (لا يظهر الموسع في الشكل ). نتيجة لذلك ، يصبح تأثير خفض درجة حرارة الغاز أكثر أهمية مما هو عليه في آلة Linde. تم تحسين هذه الطريقة من قبل العالم السوفيتي P.L. الجرامات).

في الوقت الحاضر ، من أجل تسييل الغازات ، في معظم الحالات ، يتم استخدام الآلات ذات التمدد في الموسعات. عند تسييل الهيليوم للتبريد المسبق في الآلات ذات الموسعات التوربينية ، يتم استخدام النيتروجين بدلاً من الهيدروجين ، مما يزيد بشكل كبير من الإنتاجية والكفاءة الاقتصادية للجهاز. بالإضافة إلى ذلك ، وبنفس الإنتاجية ، فإن الآلات ذات الموسعات التوربينية أصغر بعدة مرات من الآلات التي تعمل وفقًا لمخطط Linde.

تعليمات

يبدو وكأنه طبيعي مسال غاز(LNG) هو سائل عديم اللون ، عديم الرائحة ، مكون 75-90٪ وله خصائص مهمة للغاية: في الحالة السائلة ، فهو غير قابل للاحتراق ، وليس عدوانيًا ، وهو أمر مهم للغاية أثناء النقل. تتميز عملية إسالة الغاز الطبيعي المسال بخاصية ، حيث تعني كل مرحلة جديدة ضغطًا بمقدار 5-12 مرة ، يتبعها التبريد والانتقال إلى المرحلة التالية. يصبح الغاز الطبيعي المسال سائلاً عند الانتهاء من المرحلة الأخيرة من الضغط.

إذا كان الغاز يحتاج إلى النقل لمسافات طويلة جدًا ، فمن الأفضل استخدام سفن خاصة - ناقلات الغاز. من مكان الغاز إلى أقرب مكان مناسب على ساحل البحر ، يتم سحب خط أنابيب ، ويتم إنشاء محطة على الساحل. هناك ، يتم ضغط الغاز وتبريده بدرجة عالية ، وتحويله إلى حالة سائلة ، ويتم ضخه في خزانات متساوية الحرارة من الصهاريج (عند درجات حرارة تصل إلى -150 درجة مئوية).

تتميز طريقة النقل هذه بعدد من المزايا مقارنة بنقل خطوط الأنابيب. أولاً ، يمكن لواحد من هؤلاء في رحلة واحدة أن يحمل كمية هائلة من الغاز ، لأن كثافة مادة في الحالة السائلة أعلى بكثير. ثانيًا ، التكاليف الرئيسية ليست للنقل ، ولكن لتحميل وتفريغ المنتج. ثالثًا ، تخزين ونقل الغاز المسال أكثر أمانًا من الغاز المضغوط. لا يمكن أن يكون هناك شك في أن حصة الغاز الطبيعي المنقول في شكل سائل سوف تزداد باطراد مقارنة بإمدادات خطوط الأنابيب.

مسال طبيعي غازمطلوب في مختلف مجالات النشاط البشري - في الصناعة ، في النقل البري ، في الطب ، في الزراعة ، في العلوم ، إلخ. غازلقد فزنا بسبب سهولة الاستخدام والنقل ، فضلاً عن الصداقة البيئية والتكلفة المنخفضة.

تعليمات

قبل تسييل الهيدروكربون غازويجب تنظيفه أولاً وإزالة بخار الماء. فحمي غازتمت إزالته باستخدام نظام مرشح جزيئي ثلاثي المراحل. ينقى بهذه الطريقة غازبكميات صغيرة يتم استخدامه للتجديد. قابل للاسترداد غازإما محروقة أو مستخدمة لتوليد الطاقة في المولدات.

يحدث التجفيف بمساعدة 3 مرشحات جزيئية. مرشح واحد يمتص بخار الماء. يجف آخر غاز، والذي يذهب أبعد من ذلك ويمر عبر الفلتر الثالث. لخفض درجة الحرارة غازمرت من خلال مبرد مياه.

تتضمن طريقة النيتروجين إنتاج الهيدروكربون المسال غازومن أي غازمصادر جديدة. تشمل مزايا هذه الطريقة بساطة التكنولوجيا ومستوى الأمان والمرونة والسهولة والتكلفة المنخفضة للتشغيل. قيود هذه الطريقة هي الحاجة إلى مصدر طاقة وتكاليف رأسمالية عالية.

مع طريقة مختلطة لإنتاج السائل غازومزيج من النيتروجين ويستخدم كمبرد. تلقى غازأيضا من أي مصدر. تتميز هذه الطريقة بدورة إنتاج مرنة وتكاليف إنتاج متغيرة منخفضة. بالمقارنة مع عملية تسييل النيتروجين ، فإن تكاليف رأس المال أكثر أهمية هنا. هناك حاجة أيضًا إلى مصدر للكهرباء.

مصادر:

• ما هو تسييل الغاز؟
• الغاز المسال: الاستلام والتخزين والنقل
• ما هو الغاز المسال

يتم استخراج الغاز الطبيعي من أحشاء الأرض. يتكون هذا المعدن من خليط من الهيدروكربونات الغازية ، والذي يتكون نتيجة تحلل المواد العضوية في الصخور الرسوبية لقشرة الأرض.

ما هي مكونات الغاز الطبيعي

80-98٪ غاز طبيعي يتكون من (CH4). الخصائص الفيزيائية والكيميائية للميثان هي التي تحدد خصائص الغاز الطبيعي. إلى جانب الميثان ، يحتوي الغاز الطبيعي على مركبات من نفس النوع الهيكلي - الإيثان (C2H6) والبروبان (C3H8) والبيوتان (C4H10). في بعض الحالات ، بكميات صغيرة ، من 0.5 إلى 1٪ ، يحتوي الغاز الطبيعي على: (С5Н12) ، (С6Н14) ، هيبتان (С7Н16) ، (С8Н18) ، ونونان (С9Н20).

يشمل الغاز الطبيعي أيضًا مركبات كبريتيد الهيدروجين (H2S) وثاني أكسيد الكربون (CO2) والنيتروجين (N2) والهيليوم (He) وبخار الماء. يعتمد تكوين الغاز الطبيعي على خصائص الحقول التي يتم إنتاجه فيها. يتكون الغاز الطبيعي المنتج في حقول الغاز النقي بشكل أساسي من الميثان.

خصائص مكونات الغاز الطبيعي

تحتوي جميع المركبات الكيميائية التي يتكون منها الغاز الطبيعي على عدد من الخصائص المفيدة في مختلف الصناعات وفي الحياة اليومية.

الميثان غاز عديم اللون والرائحة والاشتعال وأخف من الهواء. يتم استخدامه في الصناعة والحياة اليومية كوقود. الإيثان هو غاز عديم اللون والرائحة وقابل للاشتعال وأثقل قليلاً من الهواء. في الأساس ، يتم الحصول على الإيثيلين من. البروبان غاز سام وعديم اللون والرائحة. البيوتان قريب منه في العقارات. يستخدم البروبان ، على سبيل المثال ، في أعمال اللحام ومعالجة الخردة المعدنية. تملأ الولاعات المسالة والبيوتان واسطوانات الغاز. يستخدم البيوتان في التبريد.

بنتان ، هكسان ، هيبتان ، أوكتان وغير نونان -. البنتان موجود بكميات صغيرة في وقود المحركات. كما يستخدم الهكسان في استخلاص الزيوت النباتية. تعتبر الهيبتان والهكسان والأوكتان والنونان مذيبات عضوية جيدة.

كبريتيد الهيدروجين غاز ثقيل سام عديم اللون ، بيض فاسد. هذا الغاز ، حتى في تركيزات صغيرة ، يسبب شلل العصب الشمي. ولكن نظرًا لحقيقة أن كبريتيد الهيدروجين له خصائص مطهرة جيدة ، فإنه يستخدم بجرعات صغيرة في الطب لحمامات كبريتيد الهيدروجين.

ثاني أكسيد الكربون غاز غير قابل للاشتعال وعديم اللون والرائحة وله طعم حامض. يستخدم ثاني أكسيد الكربون في صناعة الأغذية: في إنتاج المشروبات الغازية لتشبعها بثاني أكسيد الكربون ، لتجميد الطعام ، لتبريد البضائع أثناء النقل ، إلخ.

النيتروجين غاز عديم اللون غير ضار ، عديم الرائحة والمذاق. يتم استخدامه في إنتاج الأسمدة المعدنية ، ويستخدم في الطب ، إلخ.

الهليوم من أخف الغازات. إنه عديم اللون والرائحة وغير قابل للاشتعال وغير سام. يستخدم الهيليوم في صناعات مختلفة - لتبريد المفاعلات النووية ، وملء بالونات الستراتوسفير.

إن الحقيقة التجريبية لتبريد مادة ما أثناء التبخر معروفة منذ فترة طويلة وقد تم استخدامها في الممارسة العملية (على سبيل المثال ، استخدام الأوعية المسامية للحفاظ على نضارة الماء). لكن الدراسة العلمية الأولى لهذه المسألة أجراها جيان فرانشيسكو سيغنا ووصفت في عمل عام 1760 "De frigore ex التبخر" ("على البرد بسبب التبخر").

أثبت Cigna أنه كلما كان التبخر أسرع ، زاد التبريد ، وأظهر ميران أنه إذا قمت بالنفخ على لمبة مبللة بميزان حرارة ، فإن الانخفاض في درجة الحرارة سيكون أكبر مما حدث في نفس التجربة باستخدام لمبة جافة لميزان الحرارة. وجد أنطوان بوميه (1728-1804) أن تبخر الإيثر الكبريتي يبرد أكثر من تبخر الماء. بناءً على هذه الحقائق ، أنشأ Tiberio Cavallo ثلاجة في عام 1800 ، وبنى Wollaston حجرة التبريد الشهيرة الخاصة به في عام 1810 ، والتي لا تزال تستخدم حتى اليوم. تم إنشاء مقياس الرطوبة لدانيال على أساس هذا الجهاز في عام 1820. أصبحت آلة التبريد قابلة للتطبيق عمليًا فقط بعد عام 1859 ، أي بعد أن نشر فرناند كاريه (1824-1894) طريقته للحصول على الثلج عن طريق تبخير الأثير ، والذي تم استبداله لاحقًا بالأمونيا. في عام 1871 ، وصف كارل ليندي (1842-1934) آلة التبريد التي ابتكرها والتي تم فيها التبريد عن طريق تمدد الغاز. في عام 1896 ، قام بدمج هذه الآلة مع المبادل الحراري للتيار المعاكس الموصوف في دورات الفيزياء ، مما سمح له بالحصول على الهيدروجين السائل. بدأت النتائج التجريبية التي حققها الفيزيائيون في ذلك الوقت في الظهور في الصناعة.

مشكلة إسالة الغاز لها تاريخ يمتد لقرون يعود تاريخها إلى النصف الثاني من القرن الثامن عشر. بدأ كل شيء بإسالة الأمونيا عن طريق التبريد البسيط ، الذي تم إنتاجه بواسطة فان ماروم ، أنهيدريد الكبريتيك بواسطة Monge and Clouet ، الكلور بواسطة Northmore (1805) وإسالة الأمونيا بطريقة الضغط التي اقترحها Baccelli (1812).

قدم تشارلز كاجنارد دي لاتور (1777-1859) ومايكل فاراداي (1791-1867) مساهمات حاسمة في وقت واحد وبشكل مستقل لحل هذه المشكلة.

في سلسلة من الأوراق المنشورة في عامي 1822 و 1823 ، وصف Cañard de Latour التجارب التي أجراها لتحديد وجود سائل (كما هو محسوس بشكل حدسي) لتوسع محدد معين ، والذي بعده ، بغض النظر عن الضغط المطبق ، كل منه يمر في حالة بخار. تحقيقا لهذه الغاية ، وضع دي لاتور كرة حجرية في مرجل مملوء بالكحول الثلث وبدأ في تسخين المرجل تدريجيًا. من الضوضاء الصادرة عن دوران الكرة داخل المرجل ، توصل دي لاتور إلى استنتاج مفاده أن كل الكحول تبخر عند درجة حرارة معينة. أعيدت التجارب بأنابيب صغيرة. تمت إزالة الهواء من الأنابيب ، ثم تم ملؤها إلى 2/5 بالسائل الذي تم فحصه (كحول ، أثير ، بنزين) وتم تسخينها في اللهب. مع ارتفاع درجة الحرارة ، أصبح السائل أكثر حركة ، وأصبح السطح البيني بين السائل والبخار غير واضح أكثر فأكثر ، حتى اختفى تمامًا عند درجة حرارة معينة ، وبدا أن السائل بأكمله قد تحول إلى بخار. من خلال توصيل هذه الأنابيب بمقياس ضغط بهواء مضغوط ، تمكن Cañard de Latour من قياس الضغط الموجود في الأنبوب في الوقت الذي تختفي فيه الواجهة بين السائل والبخار ، ودرجة الحرارة المقابلة. خلافًا للاعتقاد الشائع ، لم يحدد Cañard de Latour درجة الحرارة الحرجة للمياه في هذه التجارب فحسب ، بل إنه لم يتمكن حتى من تبخير الماء تمامًا ، لأن الأنابيب تنفجر دائمًا قبل تحقيق التأثير المطلوب.

تم تضمين نتيجة أكثر واقعية في تجارب فاراداي ، التي أجريت في عام 1823 بأنابيب زجاجية منحنية ، تم إغلاق ذراعها الأطول. في هذا الذراع ، وضع فاراداي مادة كان من المفترض ، عند تسخينها ، أن تعطي الغاز قيد الدراسة ، ثم أغلق الذراع الثانية القصيرة للأنبوب وغمر الأنبوب في خليط تبريد. إذا تم تسخين المادة ، بعد القيام بذلك ، في الذراع الطويلة للأنبوب ، ثم يتم تكوين غاز ، ويزداد ضغطه تدريجياً ، وفي كثير من الحالات في الأنبوب القصير يقوم فاراداي بإسالة الغاز. وهكذا ، عن طريق تسخين بيكربونات الصوديوم ، حصل فاراداي على حمض الكربونيك السائل ؛ بنفس الطريقة ، حصل على كبريتيد الهيدروجين السائل ، كلوريد الهيدروجين ، أنهيدريد الكبريتيك ، إلخ.

أظهرت تجارب دي لاتور وفاراداي أنه يمكن تسييل الغاز عن طريق تعريضه لضغط مرتفع. بدأ العديد من الفيزيائيين العمل في هذا الاتجاه ، ولا سيما يوهان ناترير (1821-1901). ومع ذلك ، لا يمكن تسييل بعض الغازات (الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين) بهذه الطريقة. في عام 1850 ، أخضع Vertelo الأكسجين لضغط 780 ضغط جوي ، لكنه لم يتمكن من تحقيق التميع. أجبر ذلك فيرتيلو على الانضمام إلى رأي فاراداي ، الذي كان واثقًا من إمكانية الحصول على الهيدروجين الصلب عاجلاً أم آجلاً ، واعتقد أن الضغط وحده لم يكن كافيًا لتسييل غازات معينة ، ثم أطلق عليها "دائمة" أو "لا تقهر".

في نفس عام 1845 ، عندما أعرب فاراداي عن هذا الاعتبار ، Regnault ، لاحظ أنه في درجات الحرارة المنخفضة يكون لثاني أكسيد الكربون انضغاط شاذ ، وعندما يقترب من 100 درجة مئوية يبدأ في اتباع قانون بويل ، طرح الافتراض بأنه لكل غاز هناك عنصر معين نطاق درجة الحرارة حيث تخضع لقانون بويل. في عام 1860 ، طور Regnault وعدل هذه الفكرة من قبل ديمتري إيفانوفيتش مينديليف (1834-1907) ، والتي بموجبها يجب أن يكون هناك "نقطة غليان مطلقة" لجميع السوائل ، والتي يمكن أن توجد فوقها فقط في حالة غازية ، مهما كان الضغط.

تم استئناف دراسة هذا السؤال في عام 1863 في شكل جديد من قبل توماس أندروز (1813-1885). في عام 1863 ، أدخل أندروز ثاني أكسيد الكربون في أنبوب شعري ، ليغلق حجم الغاز بعمود من الزئبق. بمساعدة المسمار ، قام بشكل تعسفي بضبط الضغط الذي يقع تحته الغاز ، مع تغيير درجة الحرارة تدريجيًا. بعد أن حقق تسييلًا جزئيًا للغاز عن طريق مجرد زيادة الضغط ثم تسخين الأنبوب ببطء ، لاحظ أندروز نفس الظواهر التي كان كانيارد دي لاتور قد حقق فيها قبل 30 عامًا. عندما وصلت درجة حرارة ثاني أكسيد الكربون إلى 30.92 درجة مئوية ، اختفت الواجهة بين السائل والغاز ، ولا يمكن لأي قدر من الضغط أن ينتج ثاني أكسيد الكربون السائل مرة أخرى. في عمله التفصيلي لعام 1869 ، اقترح أندروز أن تسمى درجة حرارة 30.92 درجة مئوية "النقطة الحرجة" لثاني أكسيد الكربون. بنفس الطريقة ، حدد النقاط الحرجة لكلوريد الهيدروجين والأمونيا وإيثر الكبريتيك وأكسيد النيتريك. واقترح الاحتفاظ بمصطلح "بخار" للمواد الغازية عند درجة حرارة أقل من النقطة الحرجة ، وتطبيق مصطلح "غاز" على المواد عند درجة حرارة أعلى من النقطة الحرجة. تم تأكيد وجهة نظر أندروز هذه من خلال تجارب Natterer التي سبق ذكرها ، والتي أجراها من عام 1844 إلى عام 1855 ، والتي تعرضت فيها الغازات الدائمة لضغط يصل إلى 2790 ضغط جوي ، دون تسييل ، والعديد من التجارب المماثلة بدأت في عام 1870 بواسطة Emil Amaga (1841-1915) ، حيث تم تحقيق ضغوط تصل إلى 3000 ضغط جوي.

أكدت كل هذه النتائج التجريبية السلبية فرضية أندروز القائلة بأن الغازات الدائمة هي مواد تكون درجة الحرارة الحرجة لها أقل من القيم التي تم الوصول إليها في تلك اللحظة ، بحيث يمكن تنفيذ تسييلها باستخدام التبريد العميق الأولي ، ربما مع لاحقة ضغط. تم تأكيد هذه الفرضية ببراعة في عام 1877 من قبل لويس كاليت (1832-1913) وراؤول بيكتيت (1846-1929) ، اللذين تمكنا ، بشكل مستقل عن بعضهما البعض ، من تسييل الأكسجين والهيدروجين والنيتروجين والهواء بعد تبريد أولي قوي. استمر عمل كالهيت وبكتيت من قبل فيزيائيين آخرين ، ولكن ظهور آلة تبريد Linde ، التي ذكرناها بالفعل ، جعل طرق التسييل متاحة عمليًا ، مما جعل من الممكن الحصول على الغازات المسيلة بكميات كبيرة واستخدامها على نطاق واسع في المجال العلمي. البحث والصناعة.

السعة الحرارية المحددة للغازات

كان من الصعب تطبيق طرق تحديد السعة الحرارية النوعية على المواد الغازية بسبب الثقل النوعي الصغير للغازات والأبخرة. لذلك ، في بداية القرن التاسع عشر ، أعلنت أكاديمية باريس للعلوم عن مسابقة لأفضل طريقة لقياس الحرارة النوعية للغاز. مُنحت الجائزة لفرانسوا ديلاروش (؟ - 1813؟) وجاك بيرارد (1789-1869) ، اللذين اقترحا وضع ملف في المسعر ، يمكن من خلاله ، عند درجة حرارة معروفة ، أن يمر الغاز بضغط ثابت. لم تكن هذه الطريقة جديدة في الواقع ؛ تم اقتراحه قبل 20 عامًا من قبل لافوازييه. مهما كان الأمر ، فقد تم تقديم النتائج التي حصل عليها ديلاروش وبيرارد في دورات الفيزياء لمدة نصف قرن. تتمثل ميزة هؤلاء العلماء ، أولاً وقبل كل شيء ، في أنه تم لفت الانتباه إلى الحاجة إلى التمييز بين السعات الحرارية المحددة عند ضغط ثابت وفي حجم ثابت. يصعب قياس القيمة الأخيرة بسبب السعة الحرارية المنخفضة للغاز مقارنة بالسعة الحرارية للخزان الذي يحتوي عليه.

لكن قبل بضع سنوات من ظهور أعمال ديلاروش وبيرارد ، بدأ تحقيق في ظاهرة غريبة ، لاحظها إيراسموس داروين (1731-1802) في عام 1788 ، ثم في عام 1802 بواسطة دالتون ، والتي تتمثل في حقيقة أن الانضغاط من الهواء يسخن ويؤدي التمدد إلى التبريد. تعتبر بداية دراسة هذه الظاهرة عادةً تجربة جاي-لوساك (1807) ، التي كررها جول عام 1845. قام جاي-لوساك بتوصيل أسطوانتين بأنبوب ، تمامًا كما فعل جيريك ؛ امتلأت إحدى الأسطوانات بالهواء والثانية فارغة ؛ من أسطوانة مملوءة ، يمكن للهواء أن يتدفق بحرية إلى أسطوانة فارغة. نتيجة لذلك ، تم العثور على انخفاض في درجة حرارة الاسطوانة الأولى وزيادة في درجة حرارة الثانية. قادنا هذا السلوك الحراري للهواء إلى الاعتقاد بأن الحرارة النوعية عند ضغط ثابت يجب أن تكون أكبر منها في الحجم الثابت ، بغض النظر عن نظرية طبيعة الحرارة التي نلتزم بها. في الواقع ، إذا تم تبريد الغاز المتمدد ، فعند السماح له بالتمدد عند تسخينه ، من الضروري نقل حرارة إضافية إليه من أجل التعويض عن التبريد المصاحب للتمدد.

بناءً على هذه الحقائق التجريبية ، توصل لابلاس في عام 1816 إلى فكرة رائعة مفادها أن التناقض المعروف بين قيمة سرعة الصوت ، التي تم الحصول عليها من التجربة ، وقيمتها النظرية ، التي تم الحصول عليها من قانون نيوتن ، يمكن تفسيره من خلال التغيير. في درجة الحرارة التي تعاني منها طبقات الهواء عند الضغط المتناوب والخلخلة. على أساس هذه المقدمات النظرية ، صحح لابلاس معادلة نيوتن بإدخال معامل فيها يساوي نسبة السعات الحرارية المحددة عند ضغط ثابت وبحجم ثابت للهواء. جعلت مقارنة القيمة التجريبية لسرعة الصوت في الهواء والقيمة النظرية التي تم الحصول عليها من صيغة نيوتن من الممكن إيجاد نسبة السعات الحرارية المحددة. بهذه الطريقة غير المباشرة ، تمكن الفيزيائيون من الحصول على البيانات الأولى عن قيمة هذه النسبة ، وبالتالي ، نظرًا لأن قيمة الحرارة النوعية عند الضغط الثابت كانت معروفة ، لتقدير الحرارة النوعية للهواء عند حجم ثابت. بعد بضع سنوات (1819) ، تمكن نيكولاس كليمان (1779-1841) وتشارلز ديزورمز (1777-؟) من تحديد نسبة السعات الحرارية مباشرةً ، والتي تزامنت ، ضمن الأخطاء التجريبية ، مع تلك التي وجدها لابلاس.

في عام 1829 ، ونتيجة لبحوث دقيقة ومضنية ، حدد Dulong نسبة السعات الحرارية للغازات المختلفة ، والتي تسبب في حدوث صوت في أنبوب باستخدام تدفقات غازات مختلفة. جعلته هذه التجارب توصل إلى استنتاج مفاده أنه في الغازات والأبخرة في ظل ظروف متساوية (الحجم والضغط ودرجة الحرارة) تتشكل نفس كمية الحرارة بنفس الانضغاط أو التمدد النسبي.

لاحظ أن طريقة Dulong تم تحسينها بشكل كبير في عام 1866 بواسطة Kundt (1839-1894) ، الذي أدخل أنبوبًا خاصًا (يسمى هذا الأنبوب الآن أنبوب Kundt). لا تزال طريقة كوندت تعتبر واحدة من أفضل الطرق لتحديد نسبة السعات الحرارية المحددة.

بقلم Savelyeva F.N.