Գազի ճնշման, ջերմաստիճանի, ծավալի և քանակի կապը (գազի «զանգվածը»): Ունիվերսալ (մոլային) գազի հաստատուն Ռ
Գազի ճնշման, ջերմաստիճանի, ծավալի և քանակի կապը (գազի «զանգվածը»): Ունիվերսալ (մոլային) գազի հաստատուն Ռ.Կլայպերոն-Մենդելեև հավասարում = վիճակի իդեալական գազի հավասարում:
|
Գործնական կիրառելիության սահմանափակումներ.
Տարածքի սահմաններում հավասարման ճշգրտությունը գերազանցում է սովորական ժամանակակից ինժեներական գործիքներին: Ինժեների համար կարևոր է հասկանալ, որ բոլոր գազերը կարող են ենթարկվել զգալի տարանջատման կամ տարրալուծման, երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է: |
|
|
|
Եկեք լուծենք գազի ծավալի և զանգվածի հոսքի մի քանի խնդիր՝ ենթադրելով, որ գազի բաղադրությունը չի փոխվում (գազը չի տարանջատվում), ինչը ճիշտ է վերը նշված գազերի մեծ մասի համար:
Այս խնդիրը արդիական է հիմնականում, բայց ոչ միայն այն հավելվածների և սարքերի համար, որոնցում ուղղակիորեն չափվում է գազի ծավալը։
V 1և V 2համապատասխանաբար ջերմաստիճաններում, T1և T2թող գնա T1< T2. Այնուհետև մենք գիտենք, որ.
Բնականաբար, V 1< V 2
- ծավալային գազաչափի ցուցիչները որքան «ծանր» են, այնքան ցածր է ջերմաստիճանը
- «տաք» գազի շահավետ մատակարարում
- շահավետ է «սառը» գազ գնելը
Ինչպե՞ս վարվել դրա հետ: Պահանջվում է առնվազն պարզ ջերմաստիճանի փոխհատուցում, այսինքն՝ լրացուցիչ ջերմաստիճանի տվիչից ստացված տեղեկատվությունը պետք է սնվի հաշվիչ սարքի մեջ:
Այս խնդիրը արդիական է հիմնականում, բայց ոչ միայն այն հավելվածների և սարքերի համար, որոնցում գազի արագությունը ուղղակիորեն չափվում է:
Թող առաքման կետում հաշվիչը () տա կուտակված ծախսերը V 1և V 2ճնշումների դեպքում, համապատասխանաբար, P1և P2թող գնա P1< P2. Այնուհետև մենք գիտենք, որ.
Բնականաբար, V 1>V 2տրված պայմաններում հավասար քանակությամբ գազի համար. Փորձենք այս դեպքի համար մի քանի գործնական եզրակացություն ձևակերպել.
- ծավալային գազաչափի ցուցիչները որքան «ծանր» են, այնքան ճնշումը բարձր է
- ցածր ճնշման գազի շահավետ մատակարարում
- ձեռնտու է բարձր ճնշման գազ գնելը
Ինչպե՞ս վարվել դրա հետ: Առնվազն պարզ ճնշման փոխհատուցում է պահանջվում, այսինքն՝ լրացուցիչ ճնշման սենսորից տեղեկատվությունը պետք է տրամադրվի հաշվիչ սարքին:
Եզրափակելով՝ նշեմ, որ տեսականորեն յուրաքանչյուր գազաչափ պետք է ունենա և՛ ջերմաստիճանի փոխհատուցում, և՛ ճնշման փոխհատուցում: Գործնականում....
Գազերի ֆիզիկական հատկությունները և գազային վիճակի օրենքները հիմնված են գազերի մոլեկուլային-կինետիկ տեսության վրա։ Գազային վիճակի օրենքների մեծ մասը ստացվել է իդեալական գազի համար, որի մոլեկուլային ուժերը հավասար են զրոյի, իսկ մոլեկուլների ծավալն իրենք անսահման փոքր են՝ համեմատած միջմոլեկուլային տարածության ծավալի հետ։
Իրական գազերի մոլեկուլները, բացի ուղղագիծ շարժման էներգիայից, ունեն պտտման և թրթռման էներգիա։ Նրանք զբաղեցնում են որոշակի ծավալ, այսինքն՝ ունեն վերջավոր չափ։ Իրական գազերի օրենքները որոշ չափով տարբերվում են իդեալական գազերի օրենքներից: Այս շեղումը որքան մեծ է, որքան մեծ է գազերի ճնշումը և որքան ցածր է նրանց ջերմաստիճանը, այն հաշվի է առնվում համապատասխան հավասարումների մեջ սեղմելիության ուղղիչ գործակից ներմուծելով։
Խողովակաշարերով գազերը բարձր ճնշման տակ տեղափոխելիս մեծ նշանակություն ունի սեղմելիության գործակիցը։
Գազի ցանցերում մինչև 1 ՄՊա գազի ճնշման դեպքում իդեալական գազի համար գազի վիճակի օրենքները բավականին ճշգրիտ արտացոլում են բնական գազի հատկությունները: Ավելի բարձր ճնշման կամ ցածր ջերմաստիճանի դեպքում օգտագործվում են հավասարումներ, որոնք հաշվի են առնում մոլեկուլների զբաղեցրած ծավալը և նրանց միջև փոխազդեցության ուժերը, կամ ուղղիչ գործոնները ներմուծվում են իդեալական գազ-գազի սեղմելիության գործակիցների հավասարումների մեջ:
Բոյլի օրենքը - Մարիոտ:
Բազմաթիվ փորձեր պարզել են, որ եթե դուք վերցնեք որոշակի քանակությամբ գազ և այն ենթարկեք տարբեր ճնշումների, ապա այդ գազի ծավալը ճնշման հետ հակադարձ կփոխվի։ Մշտական ջերմաստիճանում գազի ճնշման և ծավալի միջև այս հարաբերությունն արտահայտվում է հետևյալ բանաձևով.
p 1 / p 2 \u003d V 2 / V 1, կամ V 2 \u003d p 1 V 1 / p 2,
որտեղ p1և V 1- գազի սկզբնական բացարձակ ճնշում և ծավալ; p2և Վ 2 - փոփոխությունից հետո գազի ճնշումը և ծավալը.
Այս բանաձևից կարող եք ստանալ հետևյալ մաթեմատիկական արտահայտությունը.
V 2 p 2 = V 1 p 1 = կոնստ.
Այսինքն՝ գազի ծավալի արժեքի արտադրյալը այս ծավալին համապատասխանող գազի ճնշման արժեքով հաստատուն ջերմաստիճանում կլինի հաստատուն արժեք։ Այս օրենքը գործնական կիրառություն ունի գազի արդյունաբերության մեջ։ Այն թույլ է տալիս որոշել գազի ծավալը, երբ նրա ճնշումը փոխվում է, և գազի ճնշումը, երբ նրա ծավալը փոխվում է, պայմանով, որ գազի ջերմաստիճանը մնա հաստատուն: Որքան մեծանում է գազի ծավալը մշտական ջերմաստիճանում, այնքան նվազում է նրա խտությունը։
Ծավալի և խտության հարաբերությունն արտահայտվում է բանաձևով.
V 1/V 2 = ρ 2 /ρ 1 ,
որտեղ V 1և V 2- գազի զբաղեցրած ծավալները. ρ 1 և ρ 2 այս ծավալներին համապատասխանող գազի խտություններն են:
Եթե գազի ծավալների հարաբերակցությունը փոխարինվի դրանց խտությունների հարաբերակցությամբ, ապա կարող ենք ստանալ.
ρ 2 /ρ 1 = p 2 / p 1 կամ ρ 2 = p 2 ρ 1 / p 1:
Կարելի է եզրակացնել, որ նույն ջերմաստիճանում գազերի խտությունն ուղիղ համեմատական է այն ճնշումներին, որոնց տակ գտնվում են այդ գազերը, այսինքն՝ գազի խտությունը (հաստատուն ջերմաստիճանում) կլինի այնքան մեծ, այնքան մեծ կլինի նրա ճնշումը։ .
Օրինակ.Գազի ծավալը 760 մմ Hg ճնշման դեպքում: Արվեստ. իսկ 0 ° C ջերմաստիճանը 300 մ 3 է: Ի՞նչ ծավալ կզբաղեցնի այս գազը 1520 մմ Hg ճնշման դեպքում: Արվեստ. իսկ նույն ջերմաստիճանում?
760 մմ Hg Արվեստ. = 101329 Պա = 101,3 կՊա;
1520 մմ Hg Արվեստ. = 202658 Պա = 202,6 կՊա:
Տրված արժեքների փոխարինում Վ, p 1, p 2բանաձևի մեջ մենք ստանում ենք m 3:
V 2= 101, 3-300/202,6 = 150.
Գեյ-Լյուսակի օրենքը.
Մշտական ճնշման դեպքում, ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ, գազերի ծավալը մեծանում է, իսկ ջերմաստիճանի նվազման դեպքում՝ նվազում, այսինքն՝ մշտական ճնշման դեպքում նույն քանակությամբ գազի ծավալներն ուղիղ համեմատական են դրանց բացարձակ ջերմաստիճաններին։ Մաթեմատիկորեն հաստատուն ճնշման դեպքում գազի ծավալի և ջերմաստիճանի միջև այս հարաբերությունը գրված է հետևյալ կերպ.
V 2 / V 1 \u003d T 2 / T 1
որտեղ V-ը գազի ծավալն է. T-ը բացարձակ ջերմաստիճանն է:
Բանաձևից հետևում է, որ եթե գազի որոշակի ծավալը տաքացվում է մշտական ճնշման տակ, ապա այն կփոխվի այնքան անգամ, որքան փոխվի նրա բացարձակ ջերմաստիճանը։
Հաստատվել է, որ երբ գազը մշտական ճնշման տակ տաքացվում է 1 °C-ով, նրա ծավալը մեծանում է հաստատուն արժեքով, որը հավասար է սկզբնական ծավալի 1/273,2-ին։ Այս արժեքը կոչվում է ջերմային ընդարձակման գործակից և նշվում է p. Սա նկատի ունենալով Գեյ-Լյուսակի օրենքը կարելի է ձևակերպել հետևյալ կերպ. մշտական ճնշման դեպքում գազի տվյալ զանգվածի ծավալը ջերմաստիճանի գծային ֆունկցիա է.
V t = V 0 (1 + βt կամ V t = V 0 T/273.
Չարլզի օրենքը.
Հաստատուն ծավալով գազի մշտական քանակի բացարձակ ճնշումն ուղիղ համեմատական է նրա բացարձակ ջերմաստիճաններին: Չարլզի օրենքը արտահայտվում է հետևյալ բանաձևով.
p 2 / p 1 \u003d T 2 / T 1 կամ p 2 \u003d p 1 T 2 / T 1
որտեղ p 1և p 2- բացարձակ ճնշումներ; T1և Տ 2գազի բացարձակ ջերմաստիճաններն են։
Բանաձևից կարող ենք եզրակացնել, որ մշտական ծավալի դեպքում գազի ճնշումը տաքացման ժամանակ ավելանում է այնքան անգամ, որքան բարձրանում է նրա բացարձակ ջերմաստիճանը:
Եկեք համոզվենք, որ գազի մոլեկուլները իսկապես գտնվում են միմյանցից բավական հեռու, և, հետևաբար, գազերը լավ սեղմելի են: Վերցնենք մի ներարկիչ և տեղադրենք դրա մխոցը մոտավորապես բալոնի մեջտեղում: Ներարկիչի անցքը միացնում ենք խողովակով, որի երկրորդ ծայրը սերտորեն փակ է։ Այսպիսով, ներարկիչի տակառում օդի մի մասը կհայտնվի մխոցի տակ և խողովակի մեջ, որոշ օդ կհայտնվի մխոցի տակ գտնվող տակառի մեջ: Այժմ եկեք բեռ դնենք ներարկիչի շարժական մխոցի վրա։ Հեշտ է նկատել, որ մխոցը մի փոքր կիջնի։ Սա նշանակում է, որ օդի ծավալը նվազել է, այսինքն՝ գազերը հեշտությամբ սեղմվում են։ Այսպիսով, գազի մոլեկուլների միջև բավականաչափ մեծ բացեր կան: Մխոցի վրա ծանրություն դնելը հանգեցնում է գազի ծավալի նվազմանը: Մյուս կողմից, քաշը դնելուց հետո մխոցը, մի փոքր իջնելով, կանգ է առնում նոր հավասարակշռության դիրքում։ Սա նշանակում է, որ մխոցի վրա օդի ճնշման ուժըմեծացնում և կրկին հավասարակշռում է մխոցի ավելացված քաշը բեռի հետ: Եվ քանի որ մխոցի տարածքը մնում է անփոփոխ, մենք գալիս ենք մի կարևոր եզրակացության.
Երբ գազի ծավալը նվազում է, նրա ճնշումը մեծանում է։
Միաժամանակ հիշենք, որ Փորձի ընթացքում գազի զանգվածը և ջերմաստիճանը մնացել են անփոփոխ. Ճնշման կախվածությունը ծավալից կարելի է բացատրել հետևյալ կերպ. Քանի որ գազի ծավալը մեծանում է, նրա մոլեկուլների միջև հեռավորությունը մեծանում է: Այժմ յուրաքանչյուր մոլեկուլ պետք է ավելի մեծ տարածություն անցնի նավի պատի հետ մեկ հարվածից մյուսը: Մոլեկուլների միջին արագությունը մնում է անփոփոխ, հետևաբար գազի մոլեկուլները ավելի հազվադեպ են հարվածում նավի պատերին, ինչը հանգեցնում է գազի ճնշման նվազմանը։ Եվ հակառակը, երբ գազի ծավալը նվազում է, նրա մոլեկուլներն ավելի հաճախ են հարվածում նավի պատերին, և գազի ճնշումը մեծանում է։ Քանի որ գազի ծավալը նվազում է, նրա մոլեկուլների միջև հեռավորությունը փոքրանում է։
Գազի ճնշման կախվածությունը ջերմաստիճանից
Նախորդ փորձերի ժամանակ գազի ջերմաստիճանը մնացել է անփոփոխ, և մենք ուսումնասիրել ենք ճնշման փոփոխությունը գազի ծավալի փոփոխության պատճառով։ Այժմ դիտարկենք այն դեպքը, երբ գազի ծավալը մնում է հաստատուն, իսկ գազի ջերմաստիճանը փոխվում է։ Զանգվածը նույնպես մնում է անփոփոխ։ Նման պայմաններ կարող եք ստեղծել՝ մխոցով բալոնի մեջ դնելով որոշակի քանակությամբ գազ և ամրացնելով մխոցը.
Գազի տվյալ զանգվածի ջերմաստիճանի փոփոխությունը մշտական ծավալով
Որքան բարձր է ջերմաստիճանը, այնքան ավելի արագ են շարժվում գազի մոլեկուլները.
Հետեւաբար,
Նախ, մոլեկուլների ազդեցությունը նավի պատերի վրա ավելի հաճախ է տեղի ունենում.
Երկրորդ, պատի վրա յուրաքանչյուր մոլեկուլի հարվածի միջին ուժը դառնում է ավելի մեծ: Սա մեզ բերում է մեկ այլ կարևոր եզրակացության. Երբ գազի ջերմաստիճանը բարձրանում է, նրա ճնշումը մեծանում է։ Հիշենք, որ այս պնդումը ճիշտ է, եթե գազի զանգվածը և ծավալը մնում են անփոփոխ նրա ջերմաստիճանի փոփոխության ժամանակ։
Գազերի պահեստավորում և տեղափոխում.
Գազի ճնշման կախվածությունը ծավալից և ջերմաստիճանից հաճախ օգտագործվում է ճարտարագիտության և առօրյա կյանքում: Եթե անհրաժեշտ է զգալի քանակությամբ գազ տեղափոխել մի տեղից մյուսը, կամ երբ գազերը պետք է երկար ժամանակ պահել, դրանք տեղադրվում են հատուկ ամուր մետաղական անոթների մեջ։ Այս անոթները դիմանում են բարձր ճնշման, ուստի հատուկ պոմպերի միջոցով դրանց մեջ կարող են մղվել գազի զգալի զանգվածներ, որոնք նորմալ պայմաններում հարյուրավոր անգամ ավելի ծավալ կզբաղեցնեին։ Քանի որ բալոններում գազերի ճնշումը շատ բարձր է նույնիսկ սենյակային ջերմաստիճանում, դրանք երբեք չպետք է տաքացվեն կամ փորձեն ինչ-որ կերպ անցք անել դրանց մեջ, նույնիսկ օգտագործելուց հետո:
Գազի ֆիզիկայի օրենքները.
Հաշվարկներում իրական աշխարհի ֆիզիկան հաճախ կրճատվում է որոշ չափով պարզեցված մոդելների: Այս մոտեցումը առավել կիրառելի է գազերի վարքագիծը նկարագրելու համար: Փորձնականորեն հաստատված կանոնները տարբեր հետազոտողների կողմից իջեցվել են ֆիզիկայի գազային օրենքներին և ծառայել որպես «իզոպրոցես» հասկացության առաջացում։ Սա փորձի այնպիսի հատված է, որում մեկ պարամետրը պահպանում է հաստատուն արժեք։ Ֆիզիկայի գազային օրենքները գործում են գազի հիմնական պարամետրերով, ավելի ճիշտ՝ նրա ֆիզիկական վիճակով։ Ջերմաստիճանը, ծավալը և ճնշումը: Բոլոր գործընթացները, որոնք վերաբերում են մեկ կամ մի քանի պարամետրերի փոփոխությանը, կոչվում են թերմոդինամիկ: Իզոստատիկ գործընթացի հայեցակարգը կրճատվում է այն հայտարարությամբ, որ վիճակի ցանկացած փոփոխության ժամանակ պարամետրերից մեկը մնում է անփոփոխ: Սա այսպես կոչված «իդեալական գազի» պահվածքն է, որը որոշ վերապահումներով կարող է կիրառվել իրական նյութի վրա։ Ինչպես նշվեց վերևում, իրականությունը որոշ չափով ավելի բարդ է: Այնուամենայնիվ, բարձր որոշակիությամբ, գազի պահվածքը հաստատուն ջերմաստիճանում բնութագրվում է օգտագործելով Բոյլ-Մարիոտի օրենքը, որն ասում է.
Ծավալի և գազի ճնշման արտադրյալը հաստատուն արժեք է: Այս հայտարարությունը համարվում է ճիշտ, եթե ջերմաստիճանը չի փոխվում:
Այս գործընթացը կոչվում է իզոթերմային: Այս դեպքում ուսումնասիրված երեք պարամետրերից երկուսը փոխվում են. Ֆիզիկապես ամեն ինչ պարզ է թվում: Քամեք փքված փուչիկը։ Ջերմաստիճանը կարելի է համարել անփոփոխ։ Եվ արդյունքում գնդակի ներսում ճնշումը կմեծանա ծավալի նվազմամբ։ Երկու պարամետրերի արտադրյալի արժեքը կմնա անփոփոխ: Իմանալով դրանցից առնվազն մեկի սկզբնական արժեքը՝ հեշտությամբ կարող եք պարզել երկրորդի ցուցանիշները։ Մեկ այլ կանոն «ֆիզիկայի գազային օրենքների» ցանկում գազի ծավալի և ջերմաստիճանի փոփոխությունն է նույն ճնշման դեպքում։ Սա կոչվում է «իզոբարային գործընթաց» և նկարագրված է Գեյ-Լուսակի օրենքի օգտագործմամբ: Գազի ծավալի և ջերմաստիճանի հարաբերակցությունը անփոփոխ է։ Սա ճիշտ է նյութի տվյալ զանգվածում ճնշման հաստատուն արժեքի պայմանով։ Ֆիզիկապես նույնպես ամեն ինչ պարզ է. Եթե դուք երբևէ լիցքավորել եք գազի կրակայրիչը կամ օգտագործել ածխաթթու գազով կրակմարիչ, դուք տեսել եք այս օրենքի ազդեցությունը «կենդանի»: Կրակմարիչից կամ զանգից դուրս եկող գազը արագորեն ընդլայնվում է: Նրա ջերմաստիճանը կտրուկ ընկնում է: Դուք կարող եք սառեցնել ձեր մաշկը: Կրակմարիչի դեպքում գոյանում են ածխաթթու գազով ձյան ամբողջական փաթիլներ, երբ գազը ցածր ջերմաստիճանի ազդեցության տակ գազայինից արագ վերածվում է պինդ վիճակի։ Գեյ-Լուսակի օրենքի շնորհիվ կարելի է հեշտությամբ պարզել գազի ջերմաստիճանը՝ ցանկացած պահի իմանալով դրա ծավալը։ Ֆիզիկայի գազային օրենքները նաև նկարագրում են վարքագիծը մշտական զբաղված ծավալի պայմաններում։ Նման գործընթացը կոչվում է իզոխորիկ և նկարագրվում է Չարլզի օրենքով, որտեղ ասվում է. Զբաղված մշտական ծավալի դեպքում գազի ճնշման և ջերմաստիճանի հարաբերակցությունը ցանկացած պահի մնում է անփոփոխ:Իրականում բոլորը գիտեն կանոնը. չի կարելի ճնշման տակ տաքացնել օդը թարմացնող սարքերը և գազ պարունակող այլ անոթները։ Գործն ավարտվում է պայթյունով. Այն, ինչ տեղի է ունենում, հենց այն է, ինչ նկարագրում է Չարլզի օրենքը: Ջերմաստիճանը բարձրանում է. Միեւնույն ժամանակ, ճնշումը մեծանում է, քանի որ ծավալը չի փոխվում: Մխոցի ոչնչացում կա այն պահին, երբ ցուցանիշները գերազանցում են թույլատրելիը։ Այսպիսով, իմանալով զբաղեցրած ծավալը և պարամետրերից մեկը, հեշտությամբ կարող եք սահմանել երկրորդի արժեքը: Թեև ֆիզիկայի գազի օրենքները նկարագրում են որոշ իդեալական մոդելի վարքագիծը, դրանք կարող են հեշտությամբ կիրառվել իրական համակարգերում գազի վարքը կանխատեսելու համար: Հատկապես առօրյա կյանքում, իզոպրոցեսները հեշտությամբ կարող են բացատրել, թե ինչպես է աշխատում սառնարանը, ինչու օդի սառը հոսքը դուրս է թռչում օդը թարմացնող տարայի միջից, որը հանգեցնում է խցիկի կամ գնդակի պայթելու, ինչպես է աշխատում ջրցանիչը և այլն:
MKT-ի հիմունքները.
Նյութի մոլեկուլային-կինետիկ տեսություն- բացատրելու եղանակը ջերմային երևույթներ, որը ջերմային երեւույթների ու գործընթացների ընթացքը կապում է նյութի ներքին կառուցվածքի առանձնահատկությունների հետ եւ ուսումնասիրում ջերմային շարժումը որոշող պատճառները։ Այս տեսությունը ճանաչվել է միայն 20-րդ դարում, չնայած այն բխում է նյութի կառուցվածքի հին հունական ատոմային տեսությունից։
ջերմային երևույթները բացատրում է նյութի միկրոմասնիկների շարժման և փոխազդեցության առանձնահատկություններով
Այն հիմնված է Ի.Նյուտոնի դասական մեխանիկայի օրենքների վրա, որոնք թույլ են տալիս դուրս բերել միկրոմասնիկների շարժման հավասարումը։ Այնուամենայնիվ, նրանց հսկայական քանակի պատճառով (նյութի 1 սմ 3-ում կա մոտ 10 23 մոլեկուլ), անհնար է եզակիորեն նկարագրել յուրաքանչյուր մոլեկուլի կամ ատոմի շարժումը ամեն վայրկյան՝ օգտագործելով դասական մեխանիկայի օրենքները։ Ուստի ջերմության ժամանակակից տեսություն կառուցելու համար օգտագործվում են մաթեմատիկական վիճակագրության մեթոդներ, որոնք բացատրում են ջերմային երևույթների ընթացքը՝ հիմնվելով զգալի քանակությամբ միկրոմասնիկների վարքագծի օրենքների վրա։
Մոլեկուլային կինետիկ տեսություն կառուցված հսկայական թվով մոլեկուլների շարժման ընդհանրացված հավասարումների հիման վրա։
Մոլեկուլային կինետիկ տեսությունբացատրում է ջերմային երևույթները նյութի ներքին կառուցվածքի մասին պատկերացումների տեսանկյունից, այսինքն՝ պարզաբանում է դրանց բնույթը։ Սա ավելի խորը, թեև ավելի բարդ տեսություն է, որը բացատրում է ջերմային երևույթների էությունը և որոշում թերմոդինամիկայի օրենքները։
Երկու առկա մոտեցումներն էլ թերմոդինամիկ մոտեցումև մոլեկուլային կինետիկ տեսություն- գիտականորեն ապացուցված են և փոխադարձաբար լրացնում են միմյանց և չեն հակասում միմյանց: Այս առումով, ջերմային երևույթների և պրոցեսների ուսումնասիրությունը սովորաբար դիտարկվում է կամ մոլեկուլային ֆիզիկայի կամ թերմոդինամիկայի դիրքերից՝ կախված նրանից, թե ինչպես է նյութը ներկայացվում ավելի պարզ ձևով։
Ջերմոդինամիկական և մոլեկուլային-կինետիկ մոտեցումները բացատրելիս լրացնում են միմյանց ջերմային երևույթներ և գործընթացներ.
Իդեալական գազի վիճակի հավասարումը որոշում է մարմնի ջերմաստիճանի, ծավալի և ճնշման հարաբերությունները.
- Թույլ է տալիս որոշել գազի վիճակը բնութագրող քանակներից մեկը՝ ըստ մյուս երկուսի (օգտագործվում են ջերմաչափերում);
- Որոշել, թե ինչպես են գործընթացները ընթանում որոշակի արտաքին պայմաններում.
- Որոշեք, թե ինչպես է փոխվում համակարգի վիճակը, եթե այն աշխատում է կամ ջերմություն է ստանում արտաքին մարմիններից:
Մենդելեև-Կլապեյրոնի հավասարումը (Իդեալական գազի վիճակի հավասարումը)
- ունիվերսալ գազի հաստատուն, R = kN Ա
Կլապեյրոնի հավասարումը (համակցված գազի օրենք)
Հավասարման առանձնահատուկ դեպքերն են գազի օրենքները, որոնք նկարագրում են իզոպրեսսները իդեալական գազերում, այսինքն. գործընթացներ, որոնցում մակրո պարամետրերից մեկը (T, P, V) հաստատուն է փակ մեկուսացված համակարգում:
Երրորդ պարամետրի հաստատուն արժեք ունեցող նույն զանգվածի գազի երկու պարամետրերի քանակական կախվածությունները կոչվում են գազի օրենքներ։
Գազի մասին օրենքներ
Բոյլի օրենք - Մարիոտ
Առաջին գազային օրենքը հայտնաբերել է անգլիացի գիտնական Ռ. Բոյլը (1627-1691) 1660 թվականին։ Բոյլի աշխատանքը կոչվում էր «Նոր փորձեր օդային աղբյուրի վերաբերյալ»։ Իրոք, գազն իրեն պահում է սեղմված զսպանակի պես, ինչպես կարելի է տեսնել՝ սեղմելով օդը սովորական հեծանվային պոմպի մեջ:
Բոյլը ուսումնասիրել է գազի ճնշման փոփոխությունը որպես մշտական ջերմաստիճանի ծավալի ֆունկցիա։ Հաստատուն ջերմաստիճանում թերմոդինամիկական համակարգի վիճակի փոփոխման գործընթացը կոչվում է իզոթերմ (հունարեն isos՝ հավասար, therme՝ ջերմություն բառերից)։
Անկախ Բոյլից, քիչ անց նույն եզրակացություններին է հանգել ֆրանսիացի գիտնական Է.Մարիոտտը (1620-1684 թթ.): Ուստի հայտնաբերված օրենքը կոչվեց Բոյլ-Մարիոտի օրենք։
Տվյալ զանգվածի գազի և դրա ծավալի ճնշման արտադրյալը հաստատուն է, եթե ջերմաստիճանը չի փոխվում
pV = կոնստ
Գեյ-Լյուսակի օրենքը
Մեկ այլ գազի օրենքի հայտնաբերման մասին հայտարարությունը հրապարակվել է միայն 1802 թվականին՝ Բոյլ-Մարիոտի օրենքի հայտնաբերումից գրեթե 150 տարի անց։ Օրենքը, որը որոշում է գազի ծավալի կախվածությունը մշտական ճնշման (և հաստատուն զանգվածի) ջերմաստիճանից, սահմանել է ֆրանսիացի գիտնական Գեյ-Լյուսակը (1778-1850):
Տվյալ զանգվածի գազի ծավալի հարաբերական փոփոխությունը մշտական ճնշման դեպքում ուղիղ համեմատական է ջերմաստիճանի փոփոխությանը
V = V 0 αT
Չարլզի օրենքը
Գազի ճնշման կախվածությունը մշտական ծավալով ջերմաստիճանից փորձնականորեն հաստատվել է ֆրանսիացի ֆիզիկոս Ջ.Չարլզի (1746-1823) կողմից 1787 թ.
Ջ. Չարլզը 1787 թվականին, այսինքն՝ ավելի վաղ, քան Գեյ-Լյուսակը, նույնպես հաստատեց ծավալի կախվածությունը մշտական ճնշման տակ ջերմաստիճանից, բայց նա ժամանակին չհրապարակեց իր աշխատանքը։
Գազի տվյալ զանգվածի ճնշումը մշտական ծավալով ուղիղ համեմատական է բացարձակ ջերմաստիճանին։
p = p 0 γT
| Անուն | Ձևակերպում | Գրաֆիկները |
|
Բոյլ-Մարիոտի օրենքը - իզոթերմային գործընթաց |
Գազի տվյալ զանգվածի համար ճնշման և ծավալի արտադրյալը հաստատուն է, եթե ջերմաստիճանը չի փոխվում
|
   |
|
Գեյ-Լյուսակի օրենքը - isobaric գործընթաց |
2. Իզոխորիկ գործընթաց. V-ն հաստատուն է: P և T փոփոխությունները: Գազը ենթարկվում է Չարլզի օրենքին . Ճնշումը, մշտական ծավալի դեպքում, ուղիղ համեմատական է բացարձակ ջերմաստիճանին
3. Իզոթերմային գործընթաց. T-ն հաստատուն է: P և V փոխվում են. Այս դեպքում գազը ենթարկվում է Բոյլ-Մարիոտի օրենքին . Գազի տվյալ զանգվածի ճնշումը մշտական ջերմաստիճանում հակադարձ համեմատական է գազի ծավալին.
4. Գազում մեծ թվով պրոցեսներից, երբ բոլոր պարամետրերը փոխվում են, առանձնացնում ենք գազի միասնական օրենքին ենթարկվող գործընթաց։ Գազի տրված զանգվածի համար ճնշման և ծավալի արտադրյալը բաժանված բացարձակ ջերմաստիճանի վրա հաստատուն է:
Այս օրենքը կիրառելի է գազում մեծ թվով պրոցեսների դեպքում, երբ գազի պարամետրերը շատ արագ չեն փոխվում։
Իրական գազերի համար թվարկված բոլոր օրենքները մոտավոր են։ Սխալները մեծանում են գազի ճնշման և խտության աճով:
Աշխատանքային կարգը.
1. աշխատանքի մի մասը.
1. Ապակե գնդիկի գուլպանը իջեցնում ենք սենյակային ջերմաստիճանի ջրով տարայի մեջ (հավելվածի նկար 1): Այնուհետև գնդակը տաքացնում ենք (ձեռքերով, տաք ջուր), գազի ճնշումը համարելով հաստատուն՝ գրեք, թե գազի ծավալը ինչպես է կախված ջերմաստիճանից.
Եզրակացություն. ……………………
2. Միլիմանոմետրով գլանաձեւ անոթ միացրեք գուլպանով (նկ. 2): Կրակայրիչով տաքացնենք մետաղյա անոթը և դրա մեջ եղած օդը։ Գազի ծավալը հաստատուն ընդունելով՝ գրի՛ր, թե գազի ճնշումն ինչպես է կախված ջերմաստիճանից։
Եզրակացություն. ……………………
3. Միլիմանոմետրին ամրացված գլանաձեւ անոթը ձեռքերով սեղմում ենք՝ նվազեցնելով դրա ծավալը (նկ. 3)։ Գազի ջերմաստիճանը հաստատուն ընդունելով՝ գրի՛ր, թե գազի ճնշումն ինչպես է կախված ծավալից։
Եզրակացություն. ……………………
4. Պոմպը գնդից միացրեք խցիկին և օդի մի քանի հատվածով մղեք (նկ. 4): Ինչպե՞ս են փոխվել խցիկ մղվող օդի ճնշումը, ծավալը և ջերմաստիճանը:
Եզրակացություն. ……………………
5. Շշի մեջ լցնել մոտ 2 սմ 3 սպիրտ, փակել խցանափայտը ներարկման պոմպին ամրացված գուլպանով (նկ. 5): Եկեք մի քանի հարված անենք, մինչև խցանը դուրս գա շիշից: Ինչպե՞ս են փոխվում օդի (և սպիրտի գոլորշիների) ճնշումը, ծավալը և ջերմաստիճանը խցանը հանելուց հետո:
Եզրակացություն. ……………………
Աշխատանքի մի մասը.
Գեյ-Լյուսակի օրենքի ստուգում.
1. Տաք ջրից հանում ենք տաքացած ապակե խողովակը և բաց ծայրն իջեցնում ջրով փոքր տարայի մեջ։
2. Խողովակը պահեք ուղղահայաց:
3. Երբ խողովակի օդը սառչում է, անոթից ջուրը մտնում է խողովակ (նկ. 6):
4. Գտեք և
Խողովակի և օդային սյունակի երկարությունը (փորձի սկզբում)
Տաք օդի ծավալը խողովակում
Խողովակի խաչմերուկի տարածքը:
Խողովակի մեջ մտնող ջրի սյունակի բարձրությունը, երբ խողովակի օդը սառչում է:
Խողովակի մեջ սառը օդի սյունակի երկարությունը
Խողովակի մեջ սառը օդի ծավալը:
Գեյ-Լուսակի օրենքի հիման վրա մենք ունենք օդի երկու վիճակ
Կամ (2) (3)
Տաք ջրի ջերմաստիճանը դույլով
Սենյակի ջերմաստիճանը
Մենք պետք է ստուգենք (3) հավասարումը և հետևաբար Գեյ-Լյուսակի օրենքը:
5. Հաշվիր
6. Չափման հարաբերական սխալը գտնում ենք երկարությունը չափելիս՝ վերցնելով Dl = 0,5 սմ։
7. Գտե՛ք հարաբերակցության բացարձակ սխալը
=……………………..
8. Գրի՛ր ընթերցման արդյունքը
………..…..
9. Մենք գտնում ենք հարաբերական չափման սխալը T, վերցնելով
10. Գտեք հաշվարկի բացարձակ սխալը
11. Գրի՛ր հաշվարկի արդյունքը
12. Եթե ջերմաստիճանի հարաբերակցության որոշման միջակայքը (առնվազն մասամբ) համընկնում է խողովակի օդային սյուների երկարությունների հարաբերակցության որոշման միջակայքին, ապա (2) հավասարումը վավեր է, և խողովակի օդը ենթարկվում է գեյին։ -Լուսակի օրենք.
Եզրակացություն՝ ………………………………………………………………………………………………………………
Հաշվետվության պահանջ.
1. Աշխատանքի անվանումը և նպատակը.
2. Սարքավորումների ցանկ.
3. Դիմումից նկարներ նկարիր և եզրակացություններ արիր 1, 2, 3, 4 փորձերի համար:
4. Գրի՛ր լաբորատոր աշխատանքի երկրորդ մասի բովանդակությունը, նպատակը, հաշվարկները:
5. Եզրակացություն գրեք լաբորատոր աշխատանքի երկրորդ մասի վերաբերյալ.
6. Գծել իզոպրոցեսների գրաֆիկները (1,2,3 փորձերի համար) առանցքներով. ; .
7. Լուծել խնդիրները.
1. Որոշե՛ք թթվածնի խտությունը, եթե նրա ճնշումը 152 կՊա է, իսկ մոլեկուլների միջին քառակուսի արագությունը -545 մ/վ։
2. 126 կՊա ճնշման եւ 295 Կ ջերմաստիճանի դեպքում գազի որոշակի զանգվածը զբաղեցնում է 500 լիտր ծավալ։ Գտեք գազի ծավալը նորմալ պայմաններում:
3. Գտե՛ք ածխաթթու գազի զանգվածը 40 լիտր տարողությամբ 288 Կ ջերմաստիճանի և 5,07 ՄՊա ճնշման մխոցի մեջ։
Հավելված
Մենք նաև խորհուրդ ենք տալիս
Անջատիչ էլեկտրամատակարարում. վերանորոգում և ճշգրտում
Լույսի հեռակառավարում
Լողի պարապմունքներ նախադպրոցական տարիքի երեխաների համար
Նշումներ վարպետի համար - տնային կենցաղային ահազանգեր
Ժամացույցի պտուտակն Atmega8-ի վրա
Սարքի և ռելեի կիրառման օրինակներ, ինչպես ընտրել և միացնել ռելեը ճիշտ Միկրոկառավարիչ և ռելե պարզ անջատիչ սխեմաներ
Բեռնվում է...