Sifat fizikokimia minyak dan parameter yang mencirikannya: ketumpatan, kelikatan, kebolehmampatan, pekali isipadu. Kebergantungan mereka pada suhu dan tekanan

Sifat fizikal minyak takungan adalah sangat berbeza daripada minyak ternyahgas permukaan, yang disebabkan oleh pengaruh suhu, tekanan dan gas terlarut. Perubahan dalam sifat fizikal minyak takungan yang berkaitan dengan keadaan termodinamik kehadirannya di dalam takungan diambil kira apabila mengira rizab minyak dan gas petroleum, apabila mereka bentuk, membangun dan mengendalikan medan minyak.

Ketumpatan minyak dinyahgas berbeza-beza dalam julat yang luas - dari 600 hingga 1000 kg/m 3 dan lebih banyak, dan bergantung terutamanya pada komposisi hidrokarbon dan kandungan bahan asfalt-resin.

Ketumpatan minyak dalam keadaan takungan bergantung kepada jumlah gas terlarut, suhu dan tekanan. Dengan peningkatan tekanan, ketumpatan sedikit meningkat, dan dengan peningkatan dalam dua faktor lain, ia berkurangan. Pengaruh faktor yang terakhir lebih ketara. Ketumpatan minyak tepu dengan nitrogen atau karbon dioksida meningkat sedikit dengan peningkatan tekanan.

Kesan jumlah gas terlarut dan suhu adalah lebih kuat. Oleh itu, ketumpatan gas akibatnya sentiasa kurang daripada ketumpatan minyak ternyahgas di permukaan. Dengan peningkatan tekanan, ketumpatan minyak berkurangan dengan ketara, yang dikaitkan dengan ketepuan minyak dengan gas. Peningkatan tekanan di atas tekanan tepu minyak dengan gas menyumbang kepada beberapa peningkatan dalam ketumpatan minyak.

Ketumpatan air pembentukan, sebagai tambahan kepada tekanan, suhu dan gas terlarut, sangat dipengaruhi oleh kemasinan mereka. Apabila kepekatan garam dalam air pembentukan ialah 643 kg/m 3 ketumpatannya mencapai 1450 kg/m 3 .

Nisbah isipadu. Apabila gas larut dalam cecair, isipadunya bertambah. Nisbah isipadu cecair dengan gas yang terlarut di dalamnya dalam keadaan takungan kepada isipadu cecair yang sama di permukaan selepas penyahgasannya dipanggil pekali isipadu.

b=V PL / V SOV

di mana V PL ialah isipadu minyak dalam keadaan takungan; V POV - isipadu minyak yang sama pada tekanan atmosfera dan t=20°C selepas penyahgas.

Oleh kerana sejumlah besar gas hidrokarbon boleh larut dalam minyak (walaupun 1000 atau lebih m 3 dalam 1 m 3 minyak), bergantung kepada keadaan termodinamik, pekali isipadu minyak boleh mencapai 3.5 atau lebih. Pekali isipadu untuk air pembentukan ialah 0.99-1.06.

Pengurangan dalam isipadu minyak pulih berbanding dengan isipadu minyak dalam takungan, dinyatakan sebagai peratusan, dipanggil "pengecutan"

u=(b-1) / b *100%

Apabila tekanan berkurangan dari takungan awal p 0 kepada tekanan tepu, pekali isipadu berubah sedikit, kerana minyak dengan gas terlarut di dalamnya berkelakuan di kawasan ini sebagai cecair mampat lemah biasa, mengembang sedikit dengan tekanan yang berkurangan. Apabila tekanan berkurangan, gas dibebaskan secara beransur-ansur dari minyak dan faktor isipadu berkurangan. Peningkatan suhu minyak memburukkan keterlarutan gas, yang membawa kepada penurunan pekali isipadu

Kelikatan. Kelikatan adalah salah satu ciri minyak yang paling penting. Kelikatan minyak diambil kira dalam hampir semua pengiraan hidrodinamik yang berkaitan dengan bendalir mengangkat melalui tiub, telaga siram, mengangkut produk telaga melalui paip dalam, memproses zon pembentukan lubang bawah dengan pelbagai kaedah, serta dalam pengiraan yang berkaitan dengan pergerakan minyak dalam takungan.

Kelikatan minyak takungan sangat berbeza daripada kelikatan minyak permukaan, kerana ia mengandungi gas terlarut dalam komposisinya dan berada di bawah keadaan tekanan dan suhu tinggi. Dengan peningkatan jumlah gas dan suhu terlarut, kelikatan minyak berkurangan.

Peningkatan tekanan di bawah tekanan tepu membawa kepada peningkatan dalam GOR dan, akibatnya, kepada penurunan kelikatan. Peningkatan tekanan di atas tekanan tepu untuk minyak takungan membawa kepada peningkatan kelikatan

Dengan peningkatan berat molekul minyak, kelikatannya meningkat. Juga, kelikatan minyak sangat dipengaruhi oleh kandungan parafin dan bahan resin asfalt di dalamnya, sebagai peraturan, ke arah peningkatannya.

Kebolehmampatan minyak. Minyak mempunyai keanjalan, iaitu keupayaan untuk mengubah isipadunya di bawah pengaruh tekanan luaran. Keanjalan cecair diukur dengan pekali kebolehmampatan, yang ditakrifkan sebagai nisbah perubahan isipadu cecair kepada isipadu asalnya dengan perubahan tekanan:

β P =ΔV/(VΔP) , di mana

ΔV ialah perubahan isipadu minyak; V ialah isipadu awal minyak; ΔP - perubahan tekanan

Pekali kebolehmampatan minyak takungan bergantung kepada komposisi, kandungan gas terlarut di dalamnya, suhu dan tekanan mutlak.

Minyak yang dinyahgas mempunyai pekali kebolehmampatan yang agak rendah, dari urutan (4-7) * 10 -10 1/Pa, dan minyak ringan yang mengandungi sejumlah besar gas terlarut dalam komposisinya - sehingga 140 * 10 -10 1 / Pa . Semakin tinggi suhu, semakin tinggi faktor kebolehmampatan.

Ketumpatan.

Ketumpatan biasanya difahami sebagai jisim bahan yang terkandung dalam isipadu unit. Sehubungan itu, dimensi kuantiti ini ialah kg / m 3 atau g / cm 3.

ρ=m/V

Ketumpatan minyak dalam keadaan takungan berkurangan disebabkan oleh gas yang terlarut di dalamnya dan disebabkan oleh peningkatan suhu. Walau bagaimanapun, apabila tekanan jatuh di bawah tekanan tepu, pergantungan ketumpatan minyak adalah tidak monotonik, dan apabila tekanan meningkat melebihi tekanan tepu, minyak mengecut dan ketumpatan sedikit meningkat.

Kelikatan minyak.

Kelikatan mencirikan daya geseran (rintangan dalam) yang berlaku di antara dua lapisan bersebelahan di dalam cecair atau gas per unit permukaan semasa pergerakan bersama mereka.

Kelikatan minyak ditentukan secara eksperimen pada viskometer VVD-U khas. Prinsip operasi viskometer adalah berdasarkan pengukuran masa jatuh bola logam dalam cecair yang disiasat.

Kelikatan minyak ditentukan oleh formula:

μ = t (ρ w - ρ l) k

t – masa jatuh bola, s

ρ w dan ρ w - ketumpatan bola dan cecair, kg / m 3

k ialah pemalar viskometer

Peningkatan suhu menyebabkan penurunan kelikatan minyak (Rajah 2. a). Peningkatan tekanan di bawah tekanan tepu membawa kepada peningkatan dalam GOR dan, akibatnya, kepada penurunan kelikatan. Peningkatan tekanan di atas tekanan tepu untuk minyak takungan membawa kepada peningkatan kelikatan (Rajah 2. b).

Nilai kelikatan minimum berlaku apabila tekanan dalam takungan menjadi sama dengan tekanan tepu takungan.

Kebolehmampatan minyak

Minyak mempunyai keanjalan. Sifat keanjalan minyak dianggarkan oleh faktor kebolehmampatan minyak. Kebolehmampatan minyak difahami sebagai keupayaan cecair untuk menukar isipadunya di bawah tekanan:

β n = (1)

β n - pekali kebolehmampatan minyak, MPa -1-

V n - isipadu awal minyak, m 3

∆V – ukuran isipadu minyak di bawah ukuran tekanan ∆Р

Pekali kebolehmampatan mencirikan perubahan relatif dalam isipadu unit minyak dengan perubahan tekanan per unit. Ia bergantung kepada komposisi minyak takungan, suhu dan tekanan mutlak. Dengan peningkatan suhu, pekali kebolehmampatan meningkat.

Nisbah isipadu

Faktor isipadu difahamkan sebagai nilai yang menunjukkan berapa kali isipadu minyak dalam keadaan takungan melebihi isipadu minyak yang sama selepas pelepasan gas di permukaan.

dalam \u003d V pl / V deg

c - pekali isipadu

V pl dan V deg - isipadu takungan dan minyak nyahgas, m 3

Dengan penurunan tekanan dari takungan awal p 0 kepada tekanan tepu (bahagian ab), pekali isipadu berubah sedikit, kerana minyak dengan gas terlarut di dalamnya berkelakuan di kawasan ini sebagai cecair mampat lemah biasa, mengembang sedikit dengan tekanan yang berkurangan.

Apabila tekanan berkurangan, gas dibebaskan secara beransur-ansur dari minyak dan faktor isipadu berkurangan. Peningkatan suhu minyak memburukkan keterlarutan gas, yang membawa kepada penurunan pekali isipadu.

Hak Ciptaã L.Kourenkov

Sifat-sifat gas

Tekanan gas

Gas sentiasa memenuhi isipadu yang dibatasi oleh dinding yang tidak dapat ditembusi. Jadi, sebagai contoh, silinder gas atau ruang tayar kereta hampir sama rata diisi dengan gas.

Dalam usaha untuk mengembang, gas memberikan tekanan pada dinding silinder, ruang tayar atau mana-mana badan lain, pepejal atau cecair, yang bersentuhan dengannya. Jika kita tidak mengambil kira tindakan medan graviti Bumi, yang, dengan dimensi kapal yang biasa, hanya mengubah tekanan secara diabaikan, maka pada keseimbangan, tekanan gas di dalam kapal nampaknya seragam sepenuhnya. Kenyataan ini merujuk kepada makrokosmos. Jika kita bayangkan apa yang berlaku dalam mikrokosmos molekul yang membentuk gas di dalam kapal, maka tidak ada persoalan mengenai pengagihan tekanan yang seragam. Di sesetengah tempat di permukaan dinding, molekul gas mencecah dinding, manakala di tempat lain tiada kesan. Gambar ini berubah sepanjang masa dengan cara yang kalut. Molekul gas mengenai dinding kapal, dan kemudian terbang pada kelajuan yang hampir sama dengan kelajuan molekul sebelum hentaman. Apabila hentaman, molekul memindahkan ke dinding momentum yang sama dengan mv, di mana m ialah jisim molekul dan v ialah halajunya. Mencerminkan dari dinding, molekul memberikannya jumlah gerakan mv yang sama. Oleh itu, dengan setiap hentaman (berserenjang dengan dinding), molekul memindahkan kepadanya jumlah gerakan yang sama dengan 2mv. Jika dalam 1 saat terdapat N hentaman setiap 1 cm 2 dinding, maka jumlah jumlah gerakan yang dipindahkan ke ini bahagian dinding ialah 2Nmv. Berdasarkan undang-undang kedua Newton, jumlah pergerakan ini adalah sama dengan hasil daya F yang bertindak pada bahagian dinding ini dengan masa t semasa ia bertindak. Dalam kes kami, t = 1 saat. Jadi F=2Nmv, terdapat daya yang bertindak pada 1 cm 2 dinding, i.e. tekanan, yang biasanya dilambangkan p (selain itu, p secara berangka sama dengan F). Jadi kita ada

p=2Nmv

Tidak kira bilangan hentaman dalam 1 saat bergantung pada kelajuan molekul, dan bilangan molekul n per unit isipadu. Untuk gas yang tidak terlalu termampat, kita boleh mengandaikan bahawa N adalah berkadar dengan n dan v, i.e. p adalah berkadar dengan nmv 2 .

Jadi, untuk mengira tekanan gas menggunakan teori molekul, kita mesti mengetahui ciri-ciri mikrokosmos molekul berikut: jisim m, halaju v, dan bilangan molekul n per unit isipadu. Untuk mencari ciri-ciri mikro molekul ini, kita mesti menentukan ciri-ciri makrokosmos yang bergantung kepada tekanan gas, i.e. tentukan melalui pengalaman undang-undang tekanan gas. Dengan membandingkan undang-undang eksperimen ini dengan undang-undang yang dikira menggunakan teori molekul, kita akan dapat menentukan ciri-ciri mikrokosmos, contohnya, kelajuan molekul gas.

Jadi, mari kita tentukan apa yang bergantung kepada tekanan gas?

Pertama, pada tahap pemampatan gas, i.e. tentang berapa banyak molekul gas dalam isipadu tertentu. Sebagai contoh, dengan mengembungkan tayar atau memampatkannya, kita memaksa gas untuk menekan lebih kuat pada dinding ruang.

Kedua, berapakah suhu gas.

Biasanya, perubahan tekanan disebabkan oleh kedua-dua punca sekaligus: kedua-dua perubahan dalam isipadu dan perubahan suhu. Tetapi adalah mungkin untuk merealisasikan fenomena sedemikian rupa sehingga apabila volum berubah, suhu akan berubah sedikit, atau apabila suhu berubah, volum praktikalnya akan kekal tidak berubah. Kami akan menangani kes-kes ini terlebih dahulu, selepas membuat kenyataan berikut terlebih dahulu.

Kami akan mempertimbangkan gas dalam keadaan keseimbangan. Ia bermaksud; bahawa gas berada dalam keseimbangan mekanikal dan terma.

Keseimbangan mekanikal bermakna tiada pergerakan bahagian individu gas. Untuk ini, adalah perlu bahawa tekanan gas adalah sama di semua bahagiannya, jika kita mengabaikan perbezaan tekanan yang tidak ketara pada lapisan atas dan bawah gas, yang berlaku di bawah tindakan graviti.

Keseimbangan terma bermakna tiada pemindahan haba dari satu bahagian gas ke bahagian yang lain. Untuk melakukan ini, adalah perlu bahawa suhu dalam keseluruhan isipadu gas adalah sama.

Kebergantungan tekanan gas pada suhu

Mari kita mulakan dengan mengetahui pergantungan tekanan gas pada suhu, tertakluk kepada isipadu tetap bagi jisim gas tertentu. Kajian ini mula-mula dibuat pada tahun 1787 oleh Charles. Adalah mungkin untuk menghasilkan semula eksperimen ini dalam bentuk yang dipermudahkan dengan memanaskan gas dalam kelalang besar yang disambungkan kepada manometer merkuri dalam bentuk tiub melengkung sempit.

Marilah kita mengabaikan peningkatan yang tidak ketara dalam isipadu kelalang apabila dipanaskan dan perubahan yang tidak ketara dalam isipadu apabila merkuri disesarkan dalam tiub manometrik yang sempit. Oleh itu, isipadu gas boleh dianggap tidak berubah. Dengan memanaskan air di dalam bekas yang mengelilingi kelalang, kita akan mencatat suhu gas dengan termometer , dan tekanan yang sepadan - mengikut tolok tekanan . Setelah mengisi kapal dengan ais cair, kami mengukur tekanan yang sepadan dengan suhu 0°C .

Eksperimen jenis ini menunjukkan perkara berikut:

1. Peningkatan tekanan jisim gas tertentu apabila dipanaskan sebanyak 1 ° adalah bahagian tertentu a daripada tekanan yang ada pada jisim gas ini pada suhu 0 ° C. Jika tekanan pada 0 ° C dilambangkan dengan P, maka kenaikan tekanan gas apabila dipanaskan sebanyak 1 ° C ialah aP.

Apabila dipanaskan dengan t darjah, kenaikan tekanan akan menjadi t kali lebih besar, iaitu, kenaikan tekanan berkadar dengan kenaikan suhu.

2. Nilai a, menunjukkan oleh bahagian tekanan pada 0 ° C tekanan gas meningkat apabila dipanaskan sebanyak 1 °, mempunyai nilai yang sama (lebih tepat, hampir sama) untuk semua gas, iaitu . Kuantiti a dipanggil terma, pekali tekanan. Oleh itu, pekali tekanan haba untuk semua gas mempunyai nilai yang sama, sama dengan .

Tekanan jisim gas tertentu apabila dipanaskan ke 1° dalam isipadu tidak berubah bertambah sebanyak sebahagian daripada tekanan pada 0°C (undang-undang Charles).

Walau bagaimanapun, perlu diingat bahawa pekali suhu tekanan gas yang diperoleh dengan mengukur suhu dengan termometer merkuri tidak betul-betul sama untuk suhu yang berbeza: Undang-undang Charles hanya hampir dipenuhi, walaupun dengan tahap ketepatan yang sangat tinggi.

Formula menyatakan undang-undang Charles.

Hukum Charles membenarkan anda mengira tekanan gas pada sebarang suhu jika tekanannya pada 0°C diketahui. Biarkan tekanan pada 0°C bagi jisim gas tertentu dalam isipadu tertentu ialah , dan tekanan gas yang sama pada suhu t makan hlm. Terdapat peningkatan suhu t, oleh itu, kenaikan tekanan ialah a t dan tekanan yang dikehendaki ialah

P = + a t=(1+ a t )= (1+ ) (1)

Formula ini juga boleh digunakan jika gas disejukkan di bawah 0°C; di mana t akan mempunyai nilai negatif. Pada suhu yang sangat rendah, apabila gas menghampiri keadaan pencairan, dan juga dalam kes gas yang sangat mampat, undang-undang Charles tidak boleh digunakan dan formula (1) tidak lagi sah.

Undang-undang Charles dari sudut teori molekul

Apakah yang berlaku dalam mikrokosmos molekul apabila suhu gas berubah, contohnya, apabila suhu gas meningkat dan tekanannya meningkat? Dari sudut pandangan teori molekul, terdapat dua sebab yang mungkin untuk peningkatan tekanan gas tertentu: pertama, bilangan impak molekul setiap 1 cm 2 boleh meningkat selama 1 sec; kedua, jumlah pergerakan yang dihantar apabila satu molekul menyentuh dinding boleh meningkat. Kedua-dua punca memerlukan peningkatan dalam kelajuan molekul. Daripada ini menjadi jelas bahawa peningkatan suhu gas (dalam makrokosmos) adalah peningkatan dalam kelajuan purata pergerakan rawak molekul (dalam mikrokosmos). Eksperimen untuk menentukan halaju molekul gas, yang akan saya bincangkan kemudian, mengesahkan kesimpulan ini.

Apabila kita tidak berurusan dengan gas, tetapi dengan badan pepejal atau cecair, kita tidak mempunyai kaedah langsung sedemikian untuk menentukan halaju molekul badan. Walau bagaimanapun, dalam kes ini, tidak diragukan lagi bahawa dengan peningkatan suhu, kelajuan pergerakan molekul meningkat.

Perubahan suhu gas dengan perubahan isipadunya. Proses adiabatik dan isoterma.

Kami telah menetapkan bagaimana tekanan gas bergantung pada suhu jika isipadu kekal tidak berubah. Sekarang mari kita lihat bagaimana tekanan jisim gas tertentu berubah bergantung pada isipadu yang didudukinya, jika suhu kekal tidak berubah. Walau bagaimanapun, sebelum beralih kepada soalan ini, adalah perlu untuk memikirkan cara mengekalkan suhu gas tetap. Untuk melakukan ini, adalah perlu untuk mengkaji apa yang berlaku kepada suhu gas, jika isipadunya berubah dengan cepat sehingga hampir tidak ada pertukaran haba antara gas dan badan di sekelilingnya.

Jom buat eksperimen ini. Dalam tiub berdinding tebal bahan lutsinar yang ditutup pada satu hujung, kami meletakkan bulu kapas yang dibasahi sedikit dengan eter, dan ini akan menghasilkan campuran wap eter dengan udara di dalam tiub, yang meletup apabila dipanaskan. Kemudian dengan cepat tolak omboh yang dipasang rapat ke dalam tiub. Kita akan melihat bahawa letupan kecil akan berlaku di dalam tiub. Ini bermakna apabila campuran wap eter dengan udara dimampatkan, suhu campuran meningkat secara mendadak. Fenomena ini cukup difahami. Memampatkan gas dengan daya luaran, kami menghasilkan kerja, akibatnya tenaga dalaman gas sepatutnya meningkat; ini berlaku - gas menjadi panas.

Sekarang mari kita biarkan gas mengembang dan melakukan kerja melawan daya tekanan luar. Ia boleh dilakukan. Biarkan ada udara termampat dalam botol besar pada suhu bilik. Setelah memaklumkan botol dengan udara luar, biarkan udara di dalam botol mengembang, meninggalkan yang tidak besar. lubang ke luar, dan letakkan termometer atau kelalang dengan tiub dalam aliran udara yang mengembang. Termometer akan menunjukkan suhu yang ketara lebih rendah daripada suhu bilik, dan penurunan dalam tiub yang dipasang pada kelalang akan mengalir ke arah kelalang, yang juga akan menunjukkan penurunan suhu udara dalam jet. Jadi, apabila gas mengembang dan pada masa yang sama berfungsi, ia menjadi sejuk dan tenaga dalamannya berkurangan. Adalah jelas bahawa pemanasan gas semasa pemampatan dan penyejukan semasa pengembangan adalah ungkapan undang-undang pemuliharaan tenaga.

Jika kita beralih kepada dunia mikro, maka fenomena pemanasan gas semasa pemampatan dan penyejukan semasa pengembangan akan menjadi agak jelas. Apabila molekul terkena dinding pegun dan melantun darinya, kelajuan, dan dengan itu tenaga kinetik molekul, secara purata adalah sama seperti sebelum memukul dinding. Tetapi jika molekul itu terkena dan melantun daripada omboh yang bergerak ke atasnya, kelajuan dan tenaga kinetiknya lebih besar daripada sebelum memukul omboh (sama seperti kelajuan bola tenis meningkat jika ia dipukul ke arah yang bertentangan dengan raket). Omboh memajukan memindahkan tenaga tambahan kepada molekul yang dipantulkan daripadanya. Oleh itu, tenaga dalaman gas meningkat semasa pemampatan. Apabila melantun dari omboh yang surut, kelajuan molekul berkurangan, kerana molekul itu berfungsi dengan menolak omboh yang menarik balik. Oleh itu, pengembangan gas, yang dikaitkan dengan penyingkiran omboh atau lapisan gas di sekelilingnya, disertai dengan prestasi kerja dan membawa kepada penurunan tenaga dalaman gas.

Jadi, pemampatan gas oleh daya luar menyebabkan ia menjadi panas, dan pengembangan gas disertai dengan penyejukannya. Fenomena ini sentiasa berlaku pada tahap tertentu, tetapi saya perhatikan dengan ketara apabila pertukaran haba dengan badan di sekeliling diminimumkan, kerana pertukaran sedemikian boleh mengimbangi perubahan suhu.

Proses di mana pemindahan haba sangat diabaikan sehingga boleh diabaikan dipanggil adiabatik.

Mari kita kembali kepada soalan yang dikemukakan pada permulaan bab. Bagaimana untuk memastikan kestabilan suhu gas, walaupun perubahan dalam jumlahnya? Jelas sekali, untuk ini adalah perlu untuk terus memindahkan haba dari luar ke gas jika ia mengembang, dan terus mengambil haba daripadanya, memindahkannya ke badan sekeliling, jika gas dimampatkan. Khususnya, suhu gas kekal agak malar jika pengembangan atau pengecutan gas sangat perlahan, dan pemindahan haba dari luar atau luar boleh berlaku dengan kelajuan yang mencukupi. Dengan pengembangan yang perlahan, haba dari badan di sekeliling dipindahkan ke gas dan suhunya berkurangan sedikit sehingga penurunan ini boleh diabaikan. Dengan mampatan perlahan, sebaliknya, haba dipindahkan dari gas ke badan di sekelilingnya, dan akibatnya, suhunya meningkat hanya dengan sedikit.

Proses di mana suhu dikekalkan tetap dipanggil isoterma.

Undang-undang Boyle - Mariotte

Sekarang mari kita beralih kepada kajian yang lebih terperinci tentang persoalan bagaimana tekanan jisim gas tertentu berubah jika suhunya kekal tidak berubah dan hanya isipadu gas berubah. Kami telah mengetahui apa isoterma proses ini dijalankan di bawah keadaan suhu badan yang mengelilingi gas adalah malar, dan isipadu gas berubah dengan perlahan sehingga suhu gas pada bila-bila masa proses tidak berbeza daripada suhu sekeliling. badan.

Oleh itu, kami mengemukakan soalan: bagaimana isipadu dan tekanan berkaitan antara satu sama lain semasa perubahan isoterma dalam keadaan gas? Pengalaman harian mengajar kita bahawa apabila isipadu jisim gas tertentu berkurangan, tekanannya meningkat. Sebagai contoh, anda boleh menentukan peningkatan keanjalan apabila melambung bola sepak, basikal atau tayar kereta. Timbul persoalan: bagaimana Adakah tekanan gas meningkat dengan penurunan isipadu jika suhu gas kekal sama?

Jawapan kepada soalan ini diberikan oleh kajian yang dijalankan pada abad ke-17 oleh ahli fizik dan kimia Inggeris Robert Boyle (1627-1691) dan ahli fizik Perancis Edem Mariotte (1620-1684).

Eksperimen yang mewujudkan hubungan antara isipadu dan tekanan gas boleh dihasilkan semula: pada dirian menegak , dilengkapi dengan bahagian, terdapat tiub kaca DAN dan AT, disambung dengan tiub getah C. Merkuri dituang ke dalam tiub. Tiub B terbuka di bahagian atas, tiub A mempunyai stopcock. Marilah kita menutup keran ini, dengan itu mengunci jisim udara tertentu di dalam tiub DAN. Selagi kita tidak menggerakkan tiub, paras merkuri dalam kedua-dua tiub adalah sama. Ini bermakna tekanan udara yang terperangkap di dalam tiub DAN, sama dengan tekanan udara persekitaran.

Sekarang mari kita angkat telefon perlahan-lahan AT. Kita akan melihat bahawa merkuri dalam kedua-dua tiub akan meningkat, tetapi tidak dengan cara yang sama: dalam tiub AT tahap merkuri akan sentiasa lebih tinggi daripada di A. Walau bagaimanapun, jika tiub B diturunkan, maka tahap merkuri di kedua-dua lutut berkurangan, tetapi dalam tiub AT berkurangan lebih daripada DAN.

Isipadu udara yang terperangkap dalam tiub DAN, boleh dikira daripada pembahagian tiub DAN. Tekanan udara ini akan berbeza daripada atmosfera dengan tekanan lajur merkuri, yang ketinggiannya sama dengan perbezaan tahap merkuri dalam tiub A dan B. Pada. mengangkat telefon AT tekanan tiang merkuri ditambah kepada tekanan atmosfera. Isipadu udara dalam A berkurangan. Apabila menjatuhkan tiub AT tahap merkuri di dalamnya lebih rendah daripada di A, dan tekanan lajur merkuri dikurangkan daripada tekanan atmosfera; isipadu udara dalam A meningkat dengan sewajarnya.

Membandingkan nilai tekanan dan isipadu udara terkunci dalam tiub A yang diperoleh dengan cara ini, kami akan memastikan bahawa apabila isipadu jisim udara tertentu meningkat dengan bilangan kali tertentu, tekanannya berkurangan dengan sama. bilangan kali, dan sebaliknya. Suhu udara dalam tiub semasa eksperimen kami boleh dianggap tidak berubah.

Eksperimen yang sama boleh dibuat dengan gas lain. Keputusan adalah sama.

Jadi, tekanan jisim gas tertentu pada suhu malar adalah berkadar songsang dengan isipadu gas (hukum Boyle-Mariotte).

Untuk gas jarang, undang-undang Boyle-Mariotte dipenuhi dengan tahap ketepatan yang tinggi. Bagi gas yang sangat dimampatkan atau disejukkan, penyelewengan yang ketara daripada undang-undang ini ditemui.

Formula yang menyatakan undang-undang Boyle-Mariotte.

(2)

Graf yang menyatakan hukum Boyle-Mariotte.

Dalam fizik dan teknologi, graf sering digunakan untuk menunjukkan pergantungan tekanan gas pada isipadunya. Lukis jadual sedemikian untuk proses isoterma. Kami akan memplot isipadu gas di sepanjang paksi absis, dan tekanannya di sepanjang paksi ordinat.

Mari kita ambil contoh. Biarkan tekanan bagi jisim gas tertentu dengan isipadu 1 m 3 ialah 3.6 kg/cm 2 . Berdasarkan undang-undang, Boyle - Mariotte, kami mengira itu dengan isipadu yang sama dengan 2 m 3 , tekanan ialah 3.6 * 0.5 kg/cm 2 = 1,8kg/cm 2 . Meneruskan pengiraan ini, kami mendapat jadual berikut:

V (dalam m 3 )
P(dalam kg1cm 2 )

Meletakkan data ini pada lukisan dalam bentuk titik, abscissasnya adalah nilai V, dan ordinat adalah nilai yang sepadan R, kita mendapat garis melengkung - graf proses isoterma dalam gas (rajah di atas).

Hubungan antara ketumpatan gas dan tekanannya

Ingat bahawa ketumpatan bahan ialah jisim yang terkandung dalam isipadu unit. Jika kita entah bagaimana mengubah isipadu jisim gas tertentu, maka ketumpatan gas juga akan berubah. Jika, sebagai contoh, kita mengurangkan isipadu gas dengan faktor lima, maka ketumpatan gas akan meningkat dengan faktor lima. Ini juga akan meningkatkan tekanan gas; jika suhu tidak berubah, maka, seperti yang ditunjukkan oleh undang-undang Boyle-Mariotte, tekanan juga akan meningkat lima kali ganda. Daripada contoh ini, dapat dilihat bahawa dalam proses isoterma, tekanan gas berubah secara berkadaran langsung dengan ketumpatannya.

Menyatakan ketumpatan gas pada tekanan dan huruf dan , kita boleh menulis:

Keputusan penting ini boleh dianggap sebagai satu lagi ungkapan yang lebih penting bagi undang-undang Boyle-Mariotte. Hakikatnya ialah bukannya isipadu gas, yang bergantung pada keadaan rawak - pada jisim gas yang dipilih, - formula (3) termasuk ketumpatan gas, yang, seperti tekanan, mencirikan keadaan gas dan tidak bergantung sama sekali pada pilihan rawak jisimnya.

Tafsiran molekul undang-undang Boyle-Mariotte.

Dalam bab sebelumnya, kami mendapati, berdasarkan undang-undang Boyle-Mariotte, bahawa pada suhu malar, tekanan gas adalah berkadar dengan ketumpatannya. Jika ketumpatan gas berubah, maka bilangan molekul dalam 1 cm 3 berubah dengan jumlah yang sama. Jika gas tidak terlalu mampat dan pergerakan molekul gas boleh dianggap bebas sepenuhnya antara satu sama lain, maka bilangan hentaman setiap 1 sec setiap 1 cm 2 dinding vesel adalah berkadar dengan bilangan molekul dalam 1 cm 3 . Oleh itu, jika kelajuan purata molekul tidak berubah dari masa ke masa (kita telah melihat bahawa dalam makrokosmos ini bermakna suhu malar), maka tekanan gas harus berkadar dengan bilangan molekul dalam 1 cm 3 , iaitu, ketumpatan gas. Oleh itu, undang-undang Boyle-Mariotte adalah pengesahan yang sangat baik tentang idea kami tentang struktur gas.

Walau bagaimanapun, undang-undang Boyle - Mariotte tidak lagi dibenarkan jika kita menghadapi tekanan tinggi. Dan keadaan ini boleh dijelaskan, seperti yang dipercayai oleh M. V. Lomonosov, berdasarkan konsep molekul.

Di satu pihak, dalam gas yang sangat termampat, saiz molekul itu sendiri adalah setanding dengan jarak antara molekul. Oleh itu, ruang bebas di mana molekul bergerak adalah kurang daripada jumlah isipadu gas. Keadaan ini meningkatkan bilangan impak molekul pada dinding, kerana ia mengurangkan jarak yang mesti dilalui oleh molekul untuk mencapai dinding.

Sebaliknya, dalam gas yang sangat mampat dan oleh itu lebih tumpat, molekul lebih ketara tertarik kepada molekul lain berbanding molekul dalam gas jarang. Ini, sebaliknya, mengurangkan bilangan impak molekul pada dinding, kerana dengan adanya tarikan kepada molekul lain, molekul gas bergerak ke arah dinding pada kelajuan yang lebih rendah daripada jika tiada tarikan. Tekanan tidak terlalu tinggi. keadaan kedua adalah lebih ketara dan PV produk berkurangan sedikit. Pada tekanan yang sangat tinggi, keadaan pertama memainkan peranan penting dan PV produk meningkat.

Jadi, undang-undang Boyle-Mariotte itu sendiri dan penyimpangan daripadanya mengesahkan teori molekul.

Perubahan isipadu gas dengan perubahan suhu

Kami mengkaji bagaimana tekanan jisim gas tertentu bergantung pada suhu, jika isipadu kekal tidak berubah, dan pada isipadu , diduduki oleh gas jika suhu kekal malar. Sekarang kita akan menentukan bagaimana gas berkelakuan jika suhu dan isipadunya berubah, manakala tekanan kekal malar.

Mari kita pertimbangkan pengalaman ini. Mari sentuh tapak tangan kapal yang ditunjukkan dalam rajah, di mana lajur mendatar merkuri mengunci jisim udara tertentu. Gas di dalam kapal akan menjadi panas, tekanannya akan meningkat, dan lajur merkuri akan mula bergerak ke kanan. Pergerakan lajur akan berhenti apabila, disebabkan oleh peningkatan dalam isipadu udara di dalam kapal, tekanannya menjadi sama dengan yang di luar. Oleh itu, sebagai hasil akhir eksperimen ini, isipadu udara semasa pemanasan meningkat dan tekanan kekal tidak berubah.

Jika kita tahu bagaimana suhu udara di dalam kapal berubah dalam eksperimen kami, dan jika kita mengukur dengan tepat bagaimana isipadu Gas berubah, kita boleh mengkaji fenomena ini dari sisi kuantitatif. Jelas sekali, untuk ini adalah perlu untuk memasukkan kapal ke dalam cangkang, menjaga bahawa semua bahagian peranti mempunyai suhu yang sama, mengukur dengan tepat isipadu jisim gas terkunci, kemudian menukar suhu ini dan mengukur kenaikan dalam jumlah daripada gas.

Undang-undang Gay-Lussac.

Kajian kuantitatif tentang pergantungan isipadu gas pada suhu pada tekanan malar telah dijalankan oleh ahli fizik dan kimia Perancis Gay-Lussac (1778-1850) pada tahun 1802.

Eksperimen telah menunjukkan bahawa peningkatan isipadu gas adalah berkadar dengan peningkatan suhu. Oleh itu, pengembangan haba gas boleh, seperti untuk badan lain, dicirikan oleh pekali pengembangan isipadu b. Ternyata untuk gas undang-undang ini diperhatikan jauh lebih baik daripada untuk badan pepejal dan cecair, sehingga pekali pengembangan isipadu gas adalah nilai yang boleh dikatakan tetap walaupun dengan peningkatan suhu yang sangat ketara, manakala untuk badan cecair dan pepejal ia. ialah; ketekalan diperhatikan hanya kira-kira.

Dari sini kita dapati:

(4)

Eksperimen Gay-Lussac dan lain-lain mendedahkan hasil yang luar biasa. Ternyata pekali pengembangan isipadu untuk semua gas adalah sama (lebih tepat, hampir sama) dan sama dengan = 0.00366 . Dengan cara ini, di pemanasan pada tekanan malar sebanyak 1 °, isipadu jisim gas tertentu bertambah sebanyak isipadu yang diduduki oleh jisim gas ini 0°C (undang-undang Gay - Lussac ).

Seperti yang dapat dilihat, pekali pengembangan gas bertepatan dengan pekali tekanan haba mereka.

Perlu diingatkan bahawa pengembangan haba gas adalah sangat ketara, supaya isipadu gas pada 0°C berbeza dengan ketara daripada isipadu pada yang lain, contohnya, pada suhu bilik. Oleh itu, seperti yang telah disebutkan, dalam kes gas, adalah mustahil tanpa ralat yang ketara untuk menggantikan dalam formula (4) isipadu isipadu v. Selaras dengan ini, adalah mudah untuk memberikan formula pengembangan untuk gas dalam bentuk berikut. Untuk volum awal, kita ambil volum pada suhu 0°C. Dalam kes ini, kenaikan suhu gas t adalah sama dengan suhu yang diukur pada skala Celsius t . Oleh itu, pekali pengembangan isipadu

di mana (5)

Formula (6) boleh digunakan untuk mengira isipadu pada suhu di atas O o C dan pada suhu di bawah 0°C. Dalam kes terakhir ini saya negatif. Walau bagaimanapun, perlu diingat bahawa undang-undang Gay-Lussac tidak wajar apabila gas sangat dimampatkan atau disejukkan sehingga menghampiri keadaan cair. Dalam kes ini, formula (6) tidak boleh digunakan.

Graf yang menyatakan undang-undang Char-la dan Gay-Lussac

Kami akan memplot suhu gas dalam isipadu malar di sepanjang paksi absis, dan tekanannya di sepanjang paksi ordinat. Biarkan tekanan gas menjadi 1 pada 0°C kg|cm 2 . Menggunakan hukum Charles, kita boleh mengira tekanannya pada 100 0 C, pada 200°C, pada 300°C, dsb.

Mari kita plot data ini pada graf. Kami mendapat garis lurus condong. Kita boleh meneruskan graf ini ke arah suhu negatif. Walau bagaimanapun, seperti yang telah disebutkan, undang-undang Charles hanya terpakai untuk suhu yang tidak terlalu rendah .. Oleh itu, kesinambungan graf sehingga ia bersilang dengan paksi absis, iaitu, ke titik di mana tekanan adalah sifar, tidak akan sepadan dengan tingkah laku gas sebenar.

Suhu mutlak

Adalah mudah untuk melihat bahawa tekanan gas yang terkandung dalam isipadu tetap tidak berkadar terus dengan suhu yang diukur pada skala Celsius. Ini jelas, sebagai contoh, daripada jadual yang diberikan dalam bab sebelumnya. Jika pada 100 ° C tekanan gas ialah 1.37 kg1cm 2 , maka pada 200 ° C ia bersamaan dengan 1.73 kg/cm 2 . Suhu yang diukur oleh termometer Celsius meningkat dua kali ganda, dan tekanan gas meningkat hanya 1.26 kali. Tidak ada yang mengejutkan, tentu saja, dalam hal ini, kerana skala termometer Celsius ditetapkan secara bersyarat, tanpa sebarang kaitan dengan undang-undang pengembangan gas. Walau bagaimanapun, adalah mungkin, menggunakan undang-undang gas, untuk mewujudkan skala suhu sedemikian tekanan gas akan jadi berkadar terus dengan suhu, diukur pada skala baru ini. Sifar dalam skala baru ini dipanggil sifar mutlak. Nama ini diterima pakai kerana, seperti yang dibuktikan oleh ahli fizik Inggeris Kelvin (William Thomson) (1824-1907), tiada jasad yang boleh disejukkan di bawah suhu ini. Sehubungan itu, skala baru ini dipanggil skala suhu mutlak. Oleh itu, sifar mutlak menunjukkan suhu bersamaan dengan -273 ° Celsius, dan mewakili suhu di bawahnya yang mana tiada jasad boleh disejukkan dalam sebarang keadaan. Suhu yang dinyatakan oleh angka 273 ° + ialah suhu mutlak jasad yang, pada skala Celsius, mempunyai suhu yang sama dengannya. Biasanya suhu mutlak dilambangkan dengan huruf T. Oleh itu, 273 o + = . Skala suhu mutlak sering dipanggil skala Kelvin dan ditulis T° K. Berdasarkan apa yang telah diperkatakan

Hasil yang diperoleh boleh dinyatakan dalam perkataan: Tekanan bagi jisim gas tertentu yang tertutup dalam isipadu malar adalah berkadar terus dengan suhu mutlak. Ini adalah ungkapan baru undang-undang Charles.

Formula (6) juga mudah digunakan apabila tekanan pada 0°C tidak diketahui.

Isipadu gas dan suhu mutlak

Daripada formula (6), anda boleh mendapatkan formula berikut:

- isipadu jisim gas tertentu pada tekanan malar adalah berkadar terus dengan suhu mutlak. Ini adalah ungkapan baharu undang-undang Gay-Lussac.

Kebergantungan ketumpatan gas pada suhu

Apakah yang berlaku kepada ketumpatan jisim gas tertentu jika suhu meningkat dan tekanan kekal tidak berubah?

Ingat bahawa ketumpatan adalah sama dengan jisim badan dibahagikan dengan isipadu. Oleh kerana jisim gas adalah malar, apabila dipanaskan, ketumpatan gas berkurangan seberapa banyak jumlahnya meningkat.

Seperti yang kita ketahui, isipadu gas adalah berkadar terus dengan suhu mutlak jika tekanan kekal malar. Akibatnya, Ketumpatan gas pada tekanan malar adalah berkadar songsang dengan suhu mutlak. Jika dan ialah ketumpatan gas pada suhu dan , kemudian ada nisbah

Undang-undang bersatu keadaan gas

Kami mempertimbangkan kes apabila salah satu daripada tiga kuantiti yang mencirikan keadaan gas (tekanan, suhu dan isipadu) tidak berubah. Kita telah melihat bahawa jika suhu adalah malar, maka tekanan dan isipadu adalah berkaitan antara satu sama lain oleh undang-undang Boyle-Mariotte; jika isipadu adalah malar, maka tekanan dan suhu dikaitkan dengan undang-undang Charles; jika tekanan adalah malar, maka isipadu dan suhu adalah berkaitan dengan hukum Gay-Lussac. Mari kita wujudkan hubungan antara tekanan, isipadu dan suhu bagi jisim gas tertentu jika ketiga-tiga kuantiti ini berubah.

Biarkan isipadu awal, tekanan dan suhu mutlak bagi jisim gas tertentu ialah V 1 , P 1 dan T 1 akhir - V 2 , P 2 dan T 2 - Seseorang boleh bayangkan bahawa peralihan daripada keadaan awal kepada keadaan akhir berlaku dalam dua peringkat. Mari, sebagai contoh, mula-mula menukar isipadu gas daripada V 1 kepada V 2 , dan suhu T 1 kekal tidak berubah. Tekanan gas yang terhasil dilambangkan dengan P cf. . Kemudian suhu berubah dari T 1 ke T 2 pada isipadu tetap, dan tekanan berubah dari P cf ke P 2 . Mari buat jadual:

Undang-undang Boyle - Mariotte

Р 1 V 1 t 1

P cp V 2 T 1

undang-undang Charles

P cp V 2 T 1

Memohon pada peralihan pertama undang-undang Boyle-Mariotte, kami menulis

Menggunakan undang-undang Charles pada peralihan kedua, seseorang boleh menulis

Mendarab sebutan kesamaan ini dengan sebutan dan mengurangkan dengan P cp kita mendapatkan:

(10)

Jadi, hasil darab isipadu jisim tertentu, gas, dan tekanannya adalah berkadar dengan suhu mutlak gas itu. Ini ialah undang-undang bersatu keadaan gas atau persamaan keadaan gas.

Undang-undang Dalton

Setakat ini, kita telah bercakap tentang tekanan gas tunggal - oksigen, hidrogen, dll. Tetapi dalam alam semula jadi dan teknologi, kita sering berurusan dengan campuran beberapa gas. Contoh yang paling penting ialah udara, yang merupakan campuran nitrogen, oksigen, argon, karbon dioksida dan gas lain. Apakah tekanan bergantung kepada? campuran gas?

Mari kita letakkan di dalam kelalang sekeping bahan yang mengikat oksigen secara kimia dari udara (contohnya, fosforus), dan dengan cepat menutup kelalang dengan gabus dengan tiub. dilekatkan pada manometer merkuri. Selepas beberapa lama, semua oksigen di udara akan bergabung dengan fosforus. Kita akan melihat bahawa tolok tekanan akan menunjukkan tekanan yang lebih rendah daripada sebelum penyingkiran oksigen. Ini bermakna kehadiran oksigen dalam udara meningkatkan tekanannya.

Kajian yang tepat tentang tekanan campuran gas pertama kali dibuat oleh ahli kimia Inggeris John Dalton (1766-1844) pada tahun 1809. Tekanan yang akan dimiliki oleh setiap gas yang membentuk campuran jika gas yang tinggal dikeluarkan dari isipadu yang diduduki oleh campuran dipanggil tekanan separa gas ini. Dalton mendapati itu tekanan campuran gas adalah sama dengan jumlah tekanan separanya(undang-undang Dalton). Ambil perhatian bahawa undang-undang Dalton tidak boleh digunakan untuk gas yang sangat mampat, serta undang-undang Boyle-Mariotte.

Bagaimana untuk mentafsir undang-undang Dalton dari sudut teori molekul, saya akan katakan sedikit lagi.

Ketumpatan gas

Ketumpatan gas adalah salah satu ciri terpenting sifatnya. Bercakap tentang ketumpatan gas, mereka biasanya bermaksud ketumpatannya dalam keadaan biasa(iaitu pada suhu 0 ° C dan tekanan 760 mm rt. Seni.). Di samping itu, mereka sering menggunakan ketumpatan relatif gas, yang bermaksud nisbah ketumpatan gas tertentu kepada ketumpatan udara di bawah keadaan yang sama. Adalah mudah untuk melihat bahawa ketumpatan relatif gas tidak bergantung pada keadaan di mana ia terletak, kerana, mengikut undang-undang keadaan gas, isipadu semua gas berubah sama dengan perubahan tekanan dan suhu.

Ketumpatan beberapa gas

	Ketumpatan dalam keadaan normal dalam g/l atau dalam kg/m 3	Kaitan dengan ketumpatan udara	Hubungan dengan ketumpatan hidrogen	Berat molekul atau atom
	0,0899 1,25 1,43 1,977 0,179	0,0695 0,967 1.11 1,53 0,139		29 (sederhana)
Hidrogen (H 2)
Nitrogen (N 2 )
Oksigen (O 2 )
Karbon dioksida (CO 2 )
Helium(Bukan)

Ketumpatan gas boleh ditentukan seperti berikut. Marilah kita menimbang kelalang dengan ayam dua kali: sekali dengan mengepam keluar sebanyak mungkin udara daripadanya, kali kedua dengan mengisi kelalang dengan gas yang dikaji ke tekanan yang mesti diketahui. Membahagikan perbezaan berat dengan isipadu kelalang, yang mesti ditentukan terlebih dahulu, kita dapati ketumpatan gas di bawah keadaan ini. Kemudian, dengan menggunakan persamaan keadaan gas, kita boleh mencari ketumpatan gas dengan mudah dalam keadaan normal d n. Sesungguhnya, kami memasukkan formula (10) P 2 \u003d\u003d R n, V 2 \u003d V n, T 2 \u003d T n dan, mendarabkan pengangka dan penyebut

formula untuk jisim gas m, kita dapat:

Oleh itu, mengambil kira apa yang kami dapati:

Keputusan pengukuran ketumpatan beberapa gas diberikan dalam jadual di atas.

Dua lajur terakhir menunjukkan perkadaran antara ketumpatan gas dan berat molekulnya (dalam kes helium, berat atom).

undang-undang Avogadro

Membandingkan nombor dalam lajur kedua terakhir jadual dengan berat molekul gas yang sedang dipertimbangkan, adalah mudah untuk melihat bahawa ketumpatan gas di bawah keadaan yang sama adalah berkadar dengan berat molekulnya. Kesimpulan yang sangat penting berikutan daripada fakta ini. Oleh kerana berat molekul berkaitan sebagai jisim molekul, maka

, dengan d ialah ketumpatan gas, dan m ialah jisim molekulnya.

jisim molekul mereka. Sebaliknya, jisim gas M 1 dan M 2 , disertakan dalam jumlah yang sama V, adalah berkaitan sebagai ketumpatan mereka:

menandakan bilangan molekul gas pertama dan kedua yang terkandung dalam isipadu V, huruf N 1 dan N 2, kita boleh menulis bahawa jumlah jisim gas adalah sama dengan jisim salah satu molekulnya, didarab dengan bilangan molekul: M 1 =t 1 N 1 dan M 2 =t 2 N 2 jadi

Membandingkan hasil ini dengan formula , cari,

bahawa N 1 \u003d N 2. Jadi , pada tekanan dan suhu yang sama, isipadu yang sama bagi gas yang berbeza mengandungi bilangan molekul yang sama.

Undang-undang ini ditemui oleh ahli kimia Itali Amedeo Avogadro (1776-1856) berdasarkan penyelidikan kimia. Ia merujuk kepada gas yang tidak dimampatkan dengan sangat kuat (contohnya, gas di bawah tekanan atmosfera). Dalam kes gas yang sangat mampat, ia tidak boleh dianggap sah.

Hukum Avogadro bermaksud bahawa tekanan gas pada suhu tertentu bergantung hanya pada bilangan molekul per unit isipadu gas, tetapi tidak bergantung pada sama ada molekul ini berat atau ringan. Setelah memahami perkara ini, adalah mudah untuk memahami intipati undang-undang Dalton. Menurut undang-undang Boyle-Mariotte, jika kita meningkatkan ketumpatan gas, iaitu, kita menambah bilangan molekul tertentu gas ini kepada isipadu tertentu, kita meningkatkan tekanan gas. Tetapi menurut undang-undang Avogadro, peningkatan tekanan yang sama harus diperoleh jika, daripada menambah molekul gas pertama, kita menambah bilangan molekul yang sama bagi gas lain. Inilah sebenarnya yang terdiri daripada undang-undang Dalton, yang menyatakan bahawa adalah mungkin untuk meningkatkan tekanan gas dengan menambahkan molekul gas lain kepada isipadu yang sama, dan jika bilangan molekul yang ditambah adalah sama seperti dalam kes pertama, maka peningkatan tekanan yang sama akan diperolehi. Adalah jelas bahawa undang-undang Dalton adalah akibat langsung daripada undang-undang Avogadro.

Molekul gram. Nombor Avogadro.

Nombor yang memberikan nisbah jisim dua molekul menunjukkan pada masa yang sama nisbah jisim dua bahagian bahan yang mengandungi bilangan molekul yang sama. Oleh itu, 2 g hidrogen (berat molekul Na ialah 2), 32 G oksigen (berat molekul Od ialah 32) dan 55.8 G besi (berat molekulnya bertepatan dengan berat atom, sama dengan 55.8), dsb. mengandungi bilangan molekul yang sama.

Jumlah bahan yang mengandungi bilangan gram yang sama dengan berat molekulnya dipanggil molekul gram atau kami berdoa.

Daripada apa yang telah dikatakan, ia mengikuti bahawa rama-rama pelbagai bahan mengandungi bilangan molekul yang sama. Oleh itu, ia sering menjadi mudah untuk menggunakan tahi lalat sebagai unit khas yang mengandungi bilangan gram yang berbeza untuk bahan yang berbeza, tetapi bilangan molekul yang sama.

Bilangan molekul dalam satu mol bahan yang menerima namanya Nombor Avogadro, ialah kuantiti fizikal yang penting. Banyak dan pelbagai kajian telah dibuat untuk menentukan nombor Avogadro. Mereka berkaitan dengan gerakan Brown, dengan fenomena elektrolisis, dan beberapa yang lain. Kajian-kajian ini telah menghasilkan keputusan yang agak konsisten. Pada masa ini diandaikan bahawa nombor Avogadro ialah

N= 6,02*10 23 mol -1 .

Jadi, 2 g hidrogen, 32 g oksigen, dsb. mengandungi 6.02 * 10 23 molekul setiap satu. Untuk membayangkan betapa besarnya jumlah ini, bayangkan padang pasir seluas 1 juta kilometer persegi yang diliputi lapisan pasir setebal 600 meter. m. Kemudian, jika setiap butiran pasir mempunyai isipadu 1 mm 3 , maka jumlah bilangan butiran pasir di padang pasir akan sama dengan bilangan Avogadro.

Ia berikutan daripada undang-undang Avogadro bahawa Mol gas yang berbeza mempunyai isipadu yang sama dalam keadaan yang sama. Isipadu satu mol dalam keadaan normal boleh dikira dengan membahagikan berat molekul gas dengan ketumpatannya dalam keadaan normal.

Dengan cara ini, isipadu mol sebarang gas dalam keadaan normal ialah 22400 cm 3.

Kelajuan molekul gas

Apakah kelajuan molekul, khususnya molekul gas, bergerak? Persoalan ini secara semula jadi timbul sebaik sahaja idea tentang molekul telah dibangunkan. Untuk masa yang lama, halaju molekul boleh dianggarkan hanya dengan pengiraan tidak langsung, dan hanya baru-baru ini kaedah dibangunkan untuk menentukan secara langsung halaju molekul gas.

Pertama sekali, mari kita jelaskan apa yang dimaksudkan dengan kelajuan molekul. Ingat bahawa disebabkan oleh perlanggaran yang berterusan, kelajuan setiap molekul individu berubah sepanjang masa: molekul bergerak sama ada dengan cepat atau perlahan, dan untuk beberapa waktu halaju molekul mengambil banyak nilai yang berbeza. Sebaliknya, pada bila-bila masa tertentu dalam sejumlah besar molekul yang membentuk isipadu gas yang sedang dipertimbangkan, terdapat molekul dengan halaju yang sangat berbeza. Jelas sekali, untuk mencirikan keadaan gas, seseorang mesti bercakap tentang yang tertentu kelajuan purata. Ia boleh dianggap bahawa ini ialah halaju purata salah satu molekul dalam tempoh masa yang cukup lama, atau ia adalah halaju purata semua molekul gas dalam isipadu tertentu pada satu ketika.

Marilah kita memikirkan hujah-hujah yang memungkinkan untuk mengira halaju purata molekul gas.

Tekanan gas berkadar Jumv 2 , di mana t - jisim molekul v- kelajuan purata dan P - bilangan molekul per unit isipadu. Pengiraan yang lebih tepat membawa kepada formula

Beberapa akibat penting boleh disimpulkan daripada formula (12). Mari kita tulis semula formula (12) dalam bentuk berikut:

di mana e ialah tenaga kinetik purata bagi satu molekul. Mari kita nyatakan tekanan gas pada suhu T 1 dan T 2 dengan huruf p 1 dan p 2 dan purata tenaga kinetik molekul pada suhu ini e 1 dan e 2 . Dalam kes ini

Membandingkan nisbah ini dengan undang-undang Charles

Jadi, suhu mutlak gas adalah berkadar dengan tenaga kinetik purata molekul gas. Oleh kerana tenaga kinetik purata molekul adalah berkadar dengan kuasa dua halaju purata molekul, perbandingan kami membawa kepada kesimpulan bahawa suhu mutlak gas adalah berkadar dengan kuasa dua halaju purata molekul gas dan bahawa kelajuan molekul bertambah berkadaran dengan punca kuasa dua suhu mutlak.

Purata halaju molekul beberapa gas

Seperti yang anda lihat, halaju purata molekul adalah sangat ketara. Pada suhu bilik, mereka biasanya mencapai ratusan meter sesaat. Dalam gas, kelajuan purata pergerakan molekul adalah kira-kira satu setengah kali lebih besar daripada kelajuan bunyi dalam gas yang sama.

Pada pandangan pertama, keputusan ini kelihatan sangat pelik. Nampaknya molekul tidak boleh bergerak pada kelajuan yang tinggi: selepas semua, resapan walaupun dalam gas, dan lebih-lebih lagi dalam cecair, berjalan agak perlahan, dalam apa jua keadaan, jauh lebih perlahan daripada merambat bunyi. Intinya, bagaimanapun, ialah, semasa bergerak, molekul sangat kerap berlanggar antara satu sama lain dan pada masa yang sama mengubah arah pergerakan mereka. Akibatnya, mereka bergerak ke satu arah atau yang lain, kebanyakannya menolak di satu tempat. Akibatnya, walaupun kelajuan tinggi pergerakan dalam selang antara perlanggaran, walaupun fakta bahawa molekul tidak berlama-lama di mana-mana, mereka bergerak ke mana-mana arah tertentu agak perlahan.

Jadual juga menunjukkan bahawa perbezaan dalam kelajuan molekul yang berbeza adalah disebabkan oleh perbezaan jisim mereka. Keadaan ini disahkan oleh beberapa pemerhatian. Sebagai contoh, hidrogen menembusi melalui lubang sempit (liang) pada kadar yang lebih tinggi daripada oksigen atau nitrogen. Ia boleh didapati dalam pengalaman ini.

Corong kaca ditutup dengan bekas berliang atau ditutup dengan kertas dan diturunkan hujungnya ke dalam air. Jika corong ditutup dengan kaca, di bawahnya hidrogen (atau gas bercahaya) dibiarkan masuk, kita akan melihat bahawa paras air di hujung corong akan menurun dan gelembung akan mula keluar daripadanya. Bagaimana untuk menerangkannya?

Melalui liang sempit dalam bekas atau kertas, kedua-dua molekul udara (dari dalam corong di bawah kaca) dan molekul hidrogen (dari bawah kaca ke dalam corong) boleh melalui. Tetapi kelajuan proses ini berbeza. Perbezaan dalam saiz molekul tidak memainkan peranan penting dalam hal ini, kerana perbezaannya kecil, terutamanya berbanding dengan saiz liang: molekul hidrogen mempunyai "panjang" kira-kira 2.3 * 10 -8 cm, dan molekul oksigen atau nitrogen adalah kira-kira 3 * 10 -8 cm, diameter lubang, yang merupakan liang, adalah beribu-ribu kali lebih besar. Kadar penembusan hidrogen yang tinggi melalui dinding berliang dijelaskan oleh kelajuan pergerakan molekulnya yang lebih tinggi. Oleh itu, molekul hidrogen cepat menembusi dari kaca ke dalam corong. Akibatnya, molekul terkumpul dalam corong, tekanan meningkat dan campuran gas dalam bentuk buih keluar.

Peranti sedemikian digunakan untuk mengesan campuran gas lembap api ke udara, yang boleh menyebabkan letupan di lombong.

Kapasiti haba gas

Katakan kita ada 1 G gas. Berapa banyak haba yang mesti diberikan kepadanya supaya suhunya meningkat sebanyak 1 ° C, dengan kata lain, apakah muatan haba tentu gas? Soalan ini, seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, tidak dapat dijawab dengan jelas. Jawapannya bergantung pada keadaan di mana gas dipanaskan. Jika isipadunya tidak berubah, maka sejumlah haba diperlukan untuk memanaskan gas; ini juga meningkatkan tekanan gas. Jika pemanasan dilakukan sedemikian rupa sehingga tekanannya tetap tidak berubah, maka jumlah haba yang berbeza dan lebih besar akan diperlukan daripada dalam kes pertama; ini akan meningkatkan isipadu gas. Akhirnya, kes lain mungkin berlaku apabila kedua-dua isipadu dan tekanan berubah semasa pemanasan; dalam kes ini, sejumlah haba akan diperlukan, bergantung pada sejauh mana perubahan ini berlaku. Menurut apa yang telah dikatakan, gas boleh mempunyai pelbagai jenis kapasiti haba tertentu, bergantung pada keadaan pemanasan. Biasanya terdapat dua daripada semua kapasiti haba khusus ini: muatan haba tentu pada isipadu tetap (C v ) dan haba tentu pada tekanan malar (C hlm ).

Untuk menentukan C v, adalah perlu untuk memanaskan gas yang diletakkan di dalam bekas tertutup. Pengembangan kapal itu sendiri semasa pemanasan boleh diabaikan. Apabila menentukan C p, adalah perlu untuk memanaskan gas yang diletakkan di dalam silinder yang ditutup oleh omboh, beban yang tetap tidak berubah.

Muatan haba pada tekanan malar C p adalah lebih besar daripada muatan haba pada isipadu malar C v. Sesungguhnya, apabila dipanaskan 1 G gas sebanyak 1 ° pada isipadu tetap, haba yang dibekalkan hanya digunakan untuk meningkatkan tenaga dalaman gas. Untuk memanaskan jisim gas yang sama sebanyak 1 ° pada tekanan malar, adalah perlu untuk memberikan haba kepadanya, kerana itu bukan sahaja tenaga dalaman gas akan meningkat, tetapi juga kerja yang berkaitan dengan pengembangan gas akan menjadi. dilakukan. Untuk mendapatkan C p kepada nilai C v, anda mesti menambah satu lagi jumlah haba yang setara dengan kerja yang dilakukan semasa pengembangan gas.

Abstrak mengenai topik:

Ketumpatan udara

Pelan:

pengenalan

• 1 Hubungan dalam model gas ideal
  • 1.1 Suhu, tekanan dan ketumpatan
  • 1.2 Pengaruh kelembapan udara
  • 1.3 Pengaruh ketinggian di atas paras laut di troposfera
Nota

pengenalan

Ketumpatan udara- jisim gas atmosfera Bumi per unit isipadu atau jisim udara tertentu dalam keadaan semula jadi. Nilai ketumpatan udara ialah fungsi ketinggian ukuran yang diambil, suhu dan kelembapannya. Biasanya nilai standard dianggap sebagai 1.225 kg ⁄ m 3 , yang sepadan dengan ketumpatan udara kering pada 15°C di paras laut.

1. Hubungan dalam model gas ideal

Kesan suhu terhadap sifat udara di ur. laut Suhu Kelajuan bunyi Ketumpatan udara (daripada ur. Clapeyron) akustik rintangan , DARI c, m s −1 ρ , kg m −3 Z, N s m −3 +35 351,96 1,1455 403,2 +30 349,08 1,1644 406,5 +25 346,18 1,1839 409,4 +20 343,26 1,2041 413,3 +15 340,31 1,2250 416,9 +10 337,33 1,2466 420,5 +5 334,33 1,2690 424,3 ±0 331,30 1,2920 428,0 -5 328,24 1,3163 432,1 -10 325,16 1,3413 436,1 -15 322,04 1,3673 440,3 -20 318,89 1,3943 444,6 -25 315,72 1,4224 449,1

1.1. Suhu, tekanan dan ketumpatan

Ketumpatan udara kering boleh dikira menggunakan persamaan Clapeyron untuk gas ideal pada suhu tertentu. dan tekanan:

Di sini ρ - ketumpatan udara, hlm- tekanan mutlak, R- pemalar gas khusus untuk udara kering (287.058 J ⁄ (kg K)), T ialah suhu mutlak dalam Kelvin. Jadi dengan penggantian kita mendapat:

• di bawah suasana standard Kesatuan Kimia Tulen dan Gunaan Antarabangsa (suhu 0 ° C, tekanan 100 kPa, kelembapan sifar), ketumpatan udara ialah 1.2754 kg ⁄ m³;
• pada 20 °C, 101.325 kPa dan udara kering, ketumpatan atmosfera ialah 1.2041 kg ⁄ m³.

Jadual di bawah menunjukkan pelbagai parameter udara yang dikira berdasarkan formula asas yang sepadan, bergantung pada suhu (tekanan diambil sebagai 101.325 kPa)

1.2. Pengaruh kelembapan udara

Kelembapan merujuk kepada kehadiran wap air gas di udara, tekanan separa yang tidak melebihi tekanan wap tepu untuk keadaan atmosfera tertentu. Penambahan wap air ke udara membawa kepada penurunan ketumpatannya, yang dijelaskan oleh jisim molar air yang lebih rendah (18 g ⁄ mol) berbanding dengan jisim molar udara kering (29 g ⁄ mol). Udara lembap boleh dianggap sebagai campuran gas ideal, gabungan ketumpatan setiap satunya memungkinkan untuk mendapatkan nilai yang diperlukan untuk campurannya. Tafsiran ini membolehkan penentuan nilai ketumpatan dengan tahap ralat kurang daripada 0.2% dalam julat suhu dari -10 °C hingga 50 °C dan boleh dinyatakan seperti berikut:

di manakah ketumpatan udara lembap (kg ⁄ m³); hlm d- tekanan separa udara kering (Pa); R d- pemalar gas sejagat untuk udara kering (287.058 J ⁄ (kg K)); T- suhu (K); hlm v- tekanan wap air (Pa) dan R v- pemalar sejagat untuk stim (461.495 J ⁄ (kg K)). Tekanan wap air boleh ditentukan dari kelembapan relatif:

di mana hlm v- tekanan wap air; φ - kelembapan relatif dan hlm sat ialah tekanan separa wap tepu, yang terakhir boleh diwakili sebagai ungkapan mudah berikut:

yang memberikan hasil dalam milibar. Tekanan udara kering hlm d ditentukan oleh perbezaan mudah:

di mana hlm menandakan tekanan mutlak sistem yang sedang dipertimbangkan.

1.3. Pengaruh ketinggian di atas paras laut di troposfera

Kebergantungan tekanan, suhu dan ketumpatan udara pada ketinggian berbanding dengan atmosfera standard ( hlm 0 \u003d 101325 Pa, T0\u003d 288.15 K, ρ 0 \u003d 1.225 kg / m³).

Parameter berikut boleh digunakan untuk mengira ketumpatan udara pada ketinggian tertentu dalam troposfera (nilai untuk suasana standard ditunjukkan dalam parameter atmosfera):

• tekanan atmosfera standard pada paras laut - hlm 0 = 101325 Pa;
• suhu standard pada paras laut - T0= 288.15K;
• pecutan jatuh bebas ke atas permukaan Bumi - g\u003d 9.80665 m ⁄ saat 2 (untuk pengiraan ini ia dianggap sebagai nilai bebas daripada ketinggian);
• kadar penurunan suhu (eng.) rus. dengan ketinggian, dalam troposfera - L= 0.0065 K ⁄ m;
• pemalar gas sejagat - R\u003d 8.31447 J ⁄ (Mol K) ;
• jisim molar udara kering - M= 0.0289644 kg ⁄ Mol.

Untuk troposfera (iaitu, kawasan penurunan suhu linear - ini adalah satu-satunya sifat troposfera yang digunakan di sini), suhu pada ketinggian h di atas paras laut boleh diberikan dengan formula:

tekanan pada ketinggian h:

Kemudian ketumpatan boleh dikira dengan menggantikan suhu T dan tekanan P sepadan dengan ketinggian tertentu h ke dalam formula:

Ketiga-tiga formula ini (pergantungan suhu, tekanan dan ketumpatan pada ketinggian) digunakan untuk membina graf yang ditunjukkan di sebelah kanan. Graf dinormalisasi - ia menunjukkan tingkah laku umum parameter. Nilai "Sifar" untuk pengiraan yang betul mesti setiap kali diganti mengikut bacaan instrumen yang berkaitan (termometer dan barometer) pada masa ini di paras laut.

Persamaan pembezaan terbitan (1.2, 1.4) mengandungi parameter yang mencirikan cecair atau gas: ketumpatan r , kelikatan m , serta parameter medium berliang - pekali keliangan m dan kebolehtelapan k . Untuk pengiraan selanjutnya, adalah perlu untuk mengetahui pergantungan pekali ini pada tekanan.

Menjatuhkan Ketumpatan Cecair. Dengan penapisan mantap cecair yang jatuh, ketumpatannya boleh dianggap bebas daripada tekanan, iaitu, cecair boleh dianggap sebagai tidak boleh mampat: r = const .

Dalam proses sementara, adalah perlu untuk mengambil kira kebolehmampatan cecair, yang dicirikan oleh nisbah mampatan isipadu cecair b . Pekali ini biasanya dianggap tetap:

Mengintegrasikan kesamaan terakhir daripada nilai tekanan awal p 0 dan ketumpatan r0 kepada nilai semasa, kita dapat:

Dalam kes ini, kita memperoleh pergantungan linear ketumpatan pada tekanan.

Ketumpatan gas. Cecair boleh mampat (gas) dengan perubahan kecil dalam tekanan dan suhu juga boleh dicirikan oleh mampatan isipadu dan pekali pengembangan haba. Tetapi dengan perubahan besar dalam tekanan dan suhu, pekali ini berubah dalam had yang luas, jadi pergantungan ketumpatan gas ideal pada tekanan dan suhu adalah berdasarkan Persamaan keadaan Claiperon–Mendeleev:

di mana R' = R/M m ialah pemalar gas, yang bergantung kepada komposisi gas.

Pemalar gas untuk udara dan metana, masing-masing, adalah sama, R΄ udara = 287 J/kg K˚; R΄ metana = 520 J/kg K˚.

Persamaan terakhir kadangkala ditulis sebagai:

(1.50)

Dapat dilihat dari persamaan terakhir bahawa ketumpatan gas bergantung pada tekanan dan suhu, jadi jika ketumpatan gas diketahui, maka perlu untuk menunjukkan tekanan, suhu, dan komposisi gas, yang menyusahkan. . Oleh itu, konsep keadaan fizikal biasa dan piawai diperkenalkan.

Keadaan biasa sepadan dengan suhu t = 0°C dan tekanan p pada = 0.1013°MPa. Ketumpatan udara dalam keadaan normal adalah sama dengan ρ v.n.us = 1.29 kg / m 3.

Syarat Standard sepadan dengan suhu t = 20°C dan tekanan p pada = 0.1013°MPa. Ketumpatan udara dalam keadaan piawai ialah ρ w.st.us = 1.22 kg / m 3.

Oleh itu, dari ketumpatan yang diketahui dalam keadaan tertentu, adalah mungkin untuk mengira ketumpatan gas pada nilai tekanan dan suhu lain:

Tidak termasuk suhu takungan, kami memperoleh persamaan keadaan gas ideal, yang akan kami gunakan pada masa hadapan:

di mana z - pekali yang mencirikan tahap sisihan keadaan gas sebenar daripada undang-undang gas ideal (pekali supermampat) dan bergantung kepada gas tertentu pada tekanan dan suhu z = z(p, T) . Nilai pekali superkompresi z ditentukan oleh graf D. Brown.

Kelikatan minyak. Eksperimen menunjukkan bahawa pekali kelikatan minyak (pada tekanan di atas tekanan tepu) dan gas meningkat dengan peningkatan tekanan. Dengan perubahan tekanan yang ketara (sehingga 100 MPa), pergantungan kelikatan minyak takungan dan gas asli pada tekanan boleh diambil secara eksponen:

(1.56)

Untuk perubahan kecil dalam tekanan, pergantungan ini adalah linear.

Di sini m0 – kelikatan pada tekanan tetap p0 ; β m - pekali ditentukan secara eksperimen dan bergantung kepada komposisi minyak atau gas.

Keliangan pembentukan. Untuk mengetahui bagaimana pekali keliangan bergantung pada tekanan, pertimbangkan persoalan tegasan yang bertindak dalam medium berliang yang diisi dengan cecair. Apabila tekanan dalam cecair berkurangan, daya pada rangka medium berliang meningkat, jadi keliangan berkurangan.

Oleh kerana ubah bentuk kecil fasa pepejal, ia biasanya dianggap bahawa perubahan keliangan bergantung secara linear pada perubahan tekanan. Undang-undang kebolehmampatan batuan ditulis seperti berikut, memperkenalkan pekali keanjalan isipadu pembentukan b c:

di mana m0 – pekali keliangan pada tekanan p0 .

Eksperimen makmal untuk pelbagai batu berbutir dan kajian lapangan menunjukkan bahawa pekali keanjalan isipadu pembentukan ialah (0.3 - 2) 10 -10 Pa -1 .

Dengan perubahan ketara dalam tekanan, perubahan keliangan diterangkan oleh persamaan:

dan untuk besar - eksponen:

(1.61)

Dalam takungan patah, kebolehtelapan berubah lebih intensif bergantung pada tekanan daripada takungan berliang; oleh itu, dalam takungan patah, dengan mengambil kira pergantungan k(p) lebih diperlukan daripada dalam butiran.

Persamaan keadaan cecair atau gas yang menepu pembentukan dan medium berliang melengkapkan sistem persamaan pembezaan.

Sebagai peraturan, apabila suhu menurun, ketumpatan meningkat, walaupun terdapat bahan yang ketumpatannya berkelakuan berbeza, seperti air, gangsa, dan besi tuang. Oleh itu, ketumpatan air mempunyai nilai maksimum pada 4 ° C dan berkurangan kedua-duanya dengan peningkatan dan penurunan suhu berbanding dengan nombor ini.

Apabila keadaan pengagregatan berubah, ketumpatan bahan berubah secara mendadak: ketumpatan meningkat semasa peralihan daripada keadaan gas kepada keadaan cecair dan apabila cecair menjadi pejal. Benar, air adalah pengecualian kepada peraturan ini, ketumpatannya berkurangan semasa pemejalan.

Nisbah P. dua bahan di bawah keadaan fizikal piawai tertentu dipanggil relatif P.: untuk bahan cecair dan pepejal, ia biasanya ditentukan berhubung dengan P. air suling pada 4 ° C, untuk gas, berhubung dengan P. udara kering atau hidrogen dalam keadaan biasa.

Unit P. dalam SI ialah kg/m 3 , dalam sistem CGS unit g / cm 3. Dalam amalan, unit bukan sistemik P. juga digunakan: g/l, t/m 3 dan lain-lain.

Densitometer, piknometer, hidrometer dan penimbang hidrostatik digunakan untuk mengukur P. bahan (lihat skala Mora) . Dr. kaedah untuk menentukan P. adalah berdasarkan sambungan P. dengan parameter keadaan bahan atau dengan pergantungan proses yang berlaku dalam bahan pada Pnya. Oleh itu, ketumpatan gas ideal boleh dikira daripada persamaan keadaan r= pm/RT mana p - tekanan gas, m - itu jisim molekul (jisim molar), R - pemalar gas , T - suhu mutlak, atau ditentukan, sebagai contoh, dengan kelajuan penyebaran ultrasound (di sini b ialah adiabatik kebolehmampatan gas).

Julat nilai P. badan dan persekitaran semula jadi adalah sangat luas. Sebagai contoh, ketumpatan medium antara bintang tidak melebihi 10 -21 kg/m 3 , purata P. Matahari ialah 1410 kg/m 3 , Tanah - 5520 kg/m 3 , P. terbesar logam - 22,500 kg/m 3 (osmium), P. bahan nukleus atom - 10 17 kg/m 3 , akhirnya, bintang neutron nampaknya boleh mencapai 10 20 kg/m 3 .

tekanan tolok- Ini ialah alat pengukur mekanikal, secara struktur mewakili dail keluli atau plastik dengan spring dalam bentuk tiub, direka bentuk untuk mengukur tekanan bahan cecair dan gas.

Dalam tolok tekanan mekanikal, tekanan yang diukur dengan bantuan elemen sensitif ditukar kepada pergerakan mekanikal, menyebabkan sisihan mekanikal anak panah atau bahagian lain mekanisme rujukan, merekodkan hasil pengukuran, serta isyarat dan peranti penstabilan tekanan dalam sistem objek terkawal. Spring tubular, harmonik (belos) dan membran rata dan mekanisme pengukur lain digunakan sebagai unsur sensitif tolok tekanan mekanikal, di mana ubah bentuk keanjalan atau keanjalan spring khas disebabkan oleh tindakan tekanan.

Mengikut ketepatan, semua tolok tekanan mekanikal dibahagikan kepada: teknikal, kawalan dan teladan. Tolok tekanan teknikal mempunyai kelas ketepatan 1.5; 2.5; empat; kawalan 0.5; 1.0; teladan 0.16; 0.45.

Mata air tiub manometrik ialah tiub berongga dari bahagian bujur atau bahagian lain, dibengkokkan sepanjang lengkok bulatan, sepanjang garisan heliks atau lingkaran dan mempunyai satu atau lebih pusingan. Reka bentuk konvensional, yang paling biasa digunakan dalam amalan, menggunakan spring gegelung tunggal. Gambar rajah utama dan struktur tolok tekanan dengan spring tiub gegelung tunggal ditunjukkan dalam Rajah.2.

Rajah.2. Tolok tekanan mekanikal dan ciri-cirinya

Hujung spring manometrik 5 dipateri pada pemasangan 1. Hujung pateri kedua K disambungkan secara pivotal oleh rod 3 ke tuil sektor gear 4. Gigi sektor itu disambungkan dengan roda gear 6 yang dipacu, yang dipasang pada paksi 7 anak panah 9. Untuk menghapuskan turun naik anak panah akibat jurang antara gear gigi gunakan spring lingkaran 2, yang hujungnya disambungkan ke badan dan paksi 7. Di bawah anak panah adalah tetap skala.

Di bawah pengaruh perbezaan tekanan di dalam dan di luar, spring tiub mengubah bentuk bahagiannya, akibatnya hujung yang dimeterai K bergerak mengikut kadar perbezaan tekanan yang sedia ada.

Gambar rajah struktur tolok tekanan mekanikal (Rajah 2b) terdiri daripada tiga pautan linear I, II, III, ciri-ciri statik yang diwakili oleh graf , dan, di manakah sesaran hujung bebas spring tiub, ialah sudut pusat awal spring tiub. Oleh kerana kelinearan semua pautan, ciri statik keseluruhan tolok tekanan adalah linear dan skala adalah seragam. Nilai input pautan I ialah tekanan terukur, dan nilai keluaran ialah anjakan hujung bebas (terpateri) spring manometrik5. Pautan 3 dengan tuil sektor gear 4 membentuk pautan kedua. Nilai input pautan II ialah , dan nilai keluaran ialah sisihan sudut hujung spring manometrik. Nilai input pautan III (pautan III ialah sektor gear yang terlibat dengan roda gear yang dipacu 6) ialah sisihan sudut, dan nilai output ialah sisihan sudut anak panah 9 daripada tanda sifar skala 8.

Tolok tekanan mekanikal digunakan untuk pengukuran di kawasan vakum rendah. Dalam tolok terikan, unsur elastik yang dikaitkan dengan penunjuk mengendur di bawah pengaruh perbezaan antara tekanan yang diukur dan rujukan (atmosfera atau vakum tinggi). Dalam tolok tekanan belos industri siri BC-7, tekanan yang diukur menyebabkan belos bergerak, yang dihantar ke perakam. Peranti ini mempunyai skala linear sehingga 760 torr dan ketepatan 1.6%.

Kesan Suhu dan Tekanan pada Gas Ketumpatan Gas, berbeza dengan cecair yang jatuh, dicirikan oleh kebolehmampatan yang ketara dan nilai pekali pengembangan haba yang tinggi. Kebergantungan ketumpatan gas pada tekanan dan suhu ditentukan oleh persamaan keadaan. Sifat yang paling mudah dimiliki oleh gas yang jarang sehinggakan interaksi antara molekulnya boleh diabaikan. Ini adalah gas ideal (sempurna), yang mana persamaan Mendeleev-Clapeyron adalah sah:

Pengaruh suhu dan tekanan pada ketumpatan gas р - tekanan mutlak; R - pemalar gas tertentu, berbeza untuk gas yang berbeza, tetapi bebas daripada suhu dan tekanan (untuk udara R = 287 J / (kg K); T - suhu mutlak. Kelakuan gas sebenar dalam keadaan jauh daripada pencairan hanya berbeza sedikit pada tingkah laku gas sempurna, dan bagi mereka dalam julat yang luas adalah mungkin untuk menggunakan persamaan keadaan gas sempurna.

Pengaruh suhu dan tekanan ke atas ketumpatan gas Dalam pengiraan teknikal, ketumpatan gas biasanya dibawa ke keadaan fizikal biasa: T=20°C; p = 101325 Pa. Untuk udara dalam keadaan ini, ρ = 1.2 kg / m 3. Ketumpatan udara dalam keadaan lain ditentukan oleh formula:

Pengaruh suhu dan tekanan ke atas ketumpatan gas Menurut formula ini untuk proses isoterma (T = const): Proses adiabatik ialah proses yang berlaku tanpa pemindahan haba luar. Untuk proses adiabatik, k=cp /cv ialah pemalar adiabatik bagi gas; cp - kapasiti haba, gas pada tekanan malar; cv - sama, pada volum tetap.

Pengaruh suhu dan tekanan ke atas ketumpatan gas Satu ciri penting yang menentukan pergantungan perubahan ketumpatan dengan perubahan tekanan dalam aliran yang bergerak ialah kelajuan perambatan bunyi a. Dalam medium homogen, kelajuan perambatan bunyi ditentukan daripada ungkapan: Untuk udara a = 330 m/s; untuk karbon dioksida 261 m/s.

Pengaruh suhu dan tekanan ke atas ketumpatan gas Memandangkan isipadu gas sebahagian besarnya bergantung kepada suhu dan tekanan, kesimpulan yang diperolehi dalam kajian cecair yang jatuh boleh dilanjutkan kepada gas hanya jika perubahan tekanan dan suhu tidak ketara dalam fenomena di bawah. pertimbangan. 3 Perbezaan tekanan yang ketara, menyebabkan perubahan ketara dalam ketumpatan gas, boleh berlaku apabila ia bergerak pada kelajuan tinggi. Nisbah antara kelajuan pergerakan dan kelajuan bunyi di dalamnya memungkinkan untuk menilai keperluan untuk mengambil kira kebolehmampatan dalam setiap kes tertentu.

Pengaruh suhu dan tekanan pada ketumpatan gas Jika cecair atau gas bergerak, maka untuk menilai kebolehmampatan, mereka tidak menggunakan nilai mutlak kelajuan bunyi, tetapi nombor Mach, sama dengan nisbah halaju aliran kepada kelajuan bunyi. М = ν/а Jika nombor Mach jauh lebih kecil daripada kesatuan, maka cecair atau gas yang jatuh boleh dianggap tidak boleh mampat secara praktikal

Keseimbangan gas Pada ketinggian kecil lajur gas, ketumpatannya boleh dianggap sama sepanjang ketinggian lajur: maka tekanan yang dicipta oleh lajur ini ditentukan oleh persamaan asas hidrostatik. Apabila lajur udara tinggi, ketumpatannya pada titik yang berbeza tidak lagi sama, jadi persamaan hidrostatik tidak terpakai dalam kes ini.

Keseimbangan gas Memandangkan persamaan tekanan pembezaan untuk kes rehat mutlak dan menggantikan nilai ketumpatan ke dalamnya, kita mempunyai Untuk menyepadukan persamaan ini, adalah perlu untuk mengetahui undang-undang perubahan suhu udara berkenaan dengan ketinggian udara. kolum. Ia tidak mungkin untuk menyatakan perubahan suhu dengan fungsi mudah ketinggian atau tekanan, jadi penyelesaian persamaan hanya boleh menjadi anggaran.

Keseimbangan gas Untuk lapisan individu atmosfera, ia boleh diandaikan dengan ketepatan yang mencukupi bahawa perubahan suhu bergantung pada ketinggian (dan untuk lombong - pada kedalaman) berlaku mengikut undang-undang linear: T = T 0 + αz, di mana T dan T 0 ialah suhu udara mutlak, masing-masing, pada ketinggian (kedalaman) z dan di permukaan bumi kecerunan suhu α yang mencirikan perubahan suhu udara dengan peningkatan ketinggian (-α) atau kedalaman (+α) sebanyak 1 m, K / m.

Keseimbangan gas Nilai pekali α adalah berbeza di kawasan yang berbeza di sepanjang ketinggian di atmosfera atau di sepanjang kedalaman dalam lombong. Di samping itu, ia juga bergantung kepada keadaan meteorologi, masa dalam setahun, dan faktor lain. Apabila menentukan suhu dalam troposfera (iaitu, sehingga 11000 m), mereka biasanya mengambil α = 0.0065 K/m; untuk lombong dalam, nilai purata α diambil bersamaan dengan 0.004÷ 0.006 K/m basah - 0.01.

Keseimbangan gas Menggantikan formula perubahan suhu ke dalam persamaan pembezaan tekanan dan mengintegrasikannya, kita memperoleh Persamaan diselesaikan berkenaan dengan H, menggantikan logaritma asli dengan yang perpuluhan, α - nilainya daripada persamaan melalui suhu, R - nilai untuk udara, bersamaan dengan 287 J / (kg K) ; dan gantikan g = 9.81 m/s2.

Keseimbangan gas Hasil daripada tindakan ini, formula barometrik H \u003d 29, 3 (T-T 0) (lg p / p 0) / (lg. T 0 / T), serta formula untuk menentukan tekanan, di mana n ditentukan oleh formula

PERGERAKAN GAS TETAP DALAM PAIP Undang-undang pemuliharaan tenaga dalam bentuk mekanikal untuk unsur panjang dx paip bulat dengan diameter d, dengan syarat perubahan ketinggian geodesik adalah kecil berbanding dengan perubahan tekanan piezometrik, mempunyai proses bentuk. dengan eksponen politropik malar n = const dan mengandaikan bahawa λ= const selepas penyepaduan, undang-undang pengagihan tekanan di sepanjang saluran paip gas diperolehi

PERGERAKAN GAS MANTAP DALAM PAIP

PERGERAKAN GAS TETAP DALAM PAIP M ω Pada n = 1, formula adalah sah untuk aliran gas isoterma mantap. Pekali rintangan hidraulik λ untuk gas, bergantung pada nombor Reynolds, boleh dikira daripada formula yang digunakan dalam aliran bendalir.

Apabila menggerakkan gas hidrokarbon sebenar untuk proses isoterma, persamaan keadaan digunakan di mana faktor kebolehmampatan z gas hidrokarbon asli ditentukan daripada lengkung eksperimen atau secara analitik daripada persamaan anggaran keadaan.

ω