ความสัมพันธ์ระหว่างความดัน อุณหภูมิ ปริมาตร และจำนวนโมลของก๊าซ ("มวล" ของแก๊ส) ค่าคงที่ก๊าซสากล (โมลาร์) R
ความสัมพันธ์ระหว่างความดัน อุณหภูมิ ปริมาตร และจำนวนโมลของก๊าซ ("มวล" ของแก๊ส) ค่าคงที่ก๊าซสากล (โมลาร์) R. สมการ Klaiperon-Mendeleev = สมการก๊าซในอุดมคติของรัฐ
|
ข้อจำกัดของการใช้งานจริง:
ภายในขอบเขต ความแม่นยำของสมการนั้นเหนือกว่าเครื่องมือทางวิศวกรรมสมัยใหม่ทั่วไป วิศวกรต้องเข้าใจว่าก๊าซทั้งหมดสามารถเกิดการแตกตัวหรือการสลายตัวได้อย่างมีนัยสำคัญเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น |
|
|
|
เรามาแก้ปัญหาเกี่ยวกับปริมาตรของก๊าซและการไหลของมวลกัน โดยสมมติว่าองค์ประกอบของก๊าซไม่เปลี่ยนแปลง (ก๊าซไม่แยกตัวออกจากกัน) - ซึ่งจริงสำหรับก๊าซส่วนใหญ่ข้างต้น
ปัญหานี้มีความเกี่ยวข้องเป็นหลัก แต่ไม่เฉพาะสำหรับการใช้งานและอุปกรณ์ที่วัดปริมาตรของก๊าซโดยตรง
วี 1และ วี 2ที่อุณหภูมิตามลำดับ T1และ T2ปล่อยมันไป T1< T2. แล้วเราก็รู้ว่า:
โดยธรรมชาติแล้ว วี 1< วี 2
- ตัวชี้วัดของมาตรวัดก๊าซเชิงปริมาตรยิ่ง "มีน้ำหนัก" ยิ่งอุณหภูมิต่ำลง
- อุปทานที่ทำกำไรของก๊าซ "อบอุ่น"
- กำไรจากการซื้อก๊าซ "เย็น"
จะจัดการกับมันอย่างไร? อย่างน้อยต้องมีการชดเชยอุณหภูมิอย่างง่าย กล่าวคือ ต้องป้อนข้อมูลจากเซ็นเซอร์อุณหภูมิเพิ่มเติมลงในอุปกรณ์การนับ
ปัญหานี้มีความเกี่ยวข้องเป็นหลัก แต่ไม่เฉพาะสำหรับการใช้งานและอุปกรณ์ที่วัดความเร็วของแก๊สโดยตรง
ให้เคาน์เตอร์ () ที่จุดจัดส่งให้ปริมาณต้นทุนสะสม วี 1และ วี 2ที่แรงกดดันตามลำดับ P1และ P2ปล่อยมันไป P1< P2. แล้วเราก็รู้ว่า:
โดยธรรมชาติแล้ว วี 1>วี 2สำหรับปริมาณก๊าซที่เท่ากันภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด เรามาลองกำหนดข้อสรุปเชิงปฏิบัติสำหรับกรณีนี้กัน:
- ตัวชี้วัดของมาตรวัดก๊าซปริมาตรยิ่ง "หนัก" ความดันยิ่งสูง
- อุปทานที่ทำกำไรของก๊าซแรงดันต่ำ
- ทำกำไรในการซื้อก๊าซแรงดันสูง
จะจัดการกับมันอย่างไร? อย่างน้อยต้องมีการชดเชยแรงดันอย่างง่าย กล่าวคือ ข้อมูลจากเซ็นเซอร์แรงดันเพิ่มเติมจะต้องส่งไปยังอุปกรณ์การนับ
โดยสรุป ผมอยากทราบว่าในทางทฤษฎี เครื่องวัดก๊าซแต่ละเครื่องควรมีทั้งการชดเชยอุณหภูมิและการชดเชยแรงดัน ในทางปฏิบัติ....
คุณสมบัติทางกายภาพของก๊าซและกฎของสถานะก๊าซขึ้นอยู่กับทฤษฎีโมเลกุล-จลนศาสตร์ของก๊าซ กฎของสถานะแก๊สส่วนใหญ่มาจากแก๊สในอุดมคติ แรงของโมเลกุลมีค่าเท่ากับศูนย์ และปริมาตรของโมเลกุลเองนั้นน้อยมากเมื่อเทียบกับปริมาตรของสเปซระหว่างโมเลกุล
โมเลกุลของก๊าซจริง นอกจากพลังงานของการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงแล้ว ยังมีพลังงานของการหมุนและการสั่นสะเทือนอีกด้วย พวกมันมีปริมาตรที่แน่นอน นั่นคือ พวกมันมีขนาดจำกัด กฎของก๊าซจริงค่อนข้างแตกต่างจากกฎของก๊าซในอุดมคติ ความเบี่ยงเบนนี้ยิ่งมาก ยิ่งความดันของก๊าซสูงขึ้นและอุณหภูมิของก๊าซก็จะยิ่งต่ำลง โดยนำมาพิจารณาโดยการนำปัจจัยแก้ไขการอัดเข้าในสมการที่เกี่ยวข้องมาใช้
เมื่อขนส่งก๊าซผ่านท่อภายใต้ความกดดันสูง ปัจจัยการอัดตัวมีความสำคัญอย่างยิ่ง
ที่ความดันก๊าซในเครือข่ายก๊าซสูงถึง 1 MPa กฎของสถานะก๊าซสำหรับก๊าซในอุดมคตินั้นสะท้อนคุณสมบัติของก๊าซธรรมชาติได้อย่างแม่นยำ ที่ความดันที่สูงขึ้นหรืออุณหภูมิต่ำ สมการจะถูกใช้โดยคำนึงถึงปริมาตรที่โมเลกุลครอบครองและแรงของปฏิกิริยาระหว่างกัน หรือนำปัจจัยการแก้ไขมาใส่ในสมการสำหรับปัจจัยการอัดตัวของก๊าซและก๊าซในอุดมคติ
กฎของบอยล์ - มาริออตต์
การทดลองจำนวนมากได้พิสูจน์แล้วว่าหากคุณใช้ก๊าซในปริมาณหนึ่งและอยู่ภายใต้แรงกดดันต่างๆ ปริมาตรของก๊าซนี้จะแปรผกผันกับความดัน ความสัมพันธ์ระหว่างความดันและปริมาตรของก๊าซที่อุณหภูมิคงที่นี้แสดงโดยสูตรต่อไปนี้:
p 1 / p 2 \u003d V 2 / V 1 หรือ V 2 \u003d p 1 V 1 / p 2
ที่ไหน p1และ วี 1- ความดันสัมบูรณ์เริ่มต้นและปริมาตรของก๊าซ p2และ วี 2 - แรงดันและปริมาตรของแก๊สหลังการเปลี่ยนแปลง
จากสูตรนี้ คุณสามารถรับนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ต่อไปนี้:
V 2 p 2 = V 1 p 1 = const.
นั่นคือผลคูณของมูลค่าของปริมาตรก๊าซโดยค่าของความดันก๊าซที่สอดคล้องกับปริมาตรนี้จะเป็นค่าคงที่ที่อุณหภูมิคงที่ กฎหมายนี้มีการใช้งานจริงในอุตสาหกรรมก๊าซ ช่วยให้คุณสามารถกำหนดปริมาตรของก๊าซเมื่อความดันเปลี่ยนแปลง และความดันของก๊าซเมื่อปริมาตรเปลี่ยนแปลง โดยที่อุณหภูมิของก๊าซจะคงที่ ยิ่งปริมาตรของก๊าซเพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิคงที่ ความหนาแน่นของก๊าซก็จะยิ่งต่ำลง
ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรและความหนาแน่นแสดงโดยสูตร:
วี 1/วี 2 = ρ 2 /ρ 1 ,
ที่ไหน วี 1และ วี 2- ปริมาณที่ถูกครอบครองโดยก๊าซ ρ 1 และ ρ 2 คือความหนาแน่นของก๊าซที่สัมพันธ์กับปริมาตรเหล่านี้
หากอัตราส่วนของปริมาตรก๊าซถูกแทนที่ด้วยอัตราส่วนของความหนาแน่น เราจะได้:
ρ 2 /ρ 1 = p 2 /p 1 หรือ ρ 2 = p 2 ρ 1 /p 1
สรุปได้ว่าที่อุณหภูมิเดียวกัน ความหนาแน่นของก๊าซจะแปรผันตรงกับความดันที่ก๊าซเหล่านี้ตั้งอยู่ กล่าวคือ ความหนาแน่นของก๊าซ (ที่อุณหภูมิคงที่) จะยิ่งมากขึ้น ความดันก็จะยิ่งมากขึ้น .
ตัวอย่าง.ปริมาตรของก๊าซที่ความดัน 760 มม. ปรอท ศิลปะ. และอุณหภูมิ 0 ° C คือ 300 ม. 3 ก๊าซนี้จะมีปริมาตรเท่าใดที่ความดัน 1520 มม. ปรอท ศิลปะ. และที่อุณหภูมิเท่ากัน?
760 mmHg ศิลปะ. = 101329 Pa = 101.3 kPa;
1520 mmHg ศิลปะ. = 202658 Pa = 202.6 kPa
แทนค่าที่กำหนด วี, หน้า 1, หน้า 2ในสูตรเราได้ m 3:
วี 2= 101, 3-300/202,6 = 150.
กฎของเกย์-ลูสแซก
ที่ความดันคงที่ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ปริมาตรของก๊าซจะเพิ่มขึ้น และเมื่ออุณหภูมิลดลง จะลดลง กล่าวคือ ที่ความดันคงที่ ปริมาตรของก๊าซในปริมาณเท่ากันจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ของพวกมัน ในทางคณิตศาสตร์ ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรและอุณหภูมิของก๊าซที่ความดันคงที่นั้นเขียนได้ดังนี้
V 2 / V 1 \u003d T 2 / T 1
โดยที่ V คือปริมาตรของก๊าซ T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์
จากสูตรที่ว่าถ้าก๊าซปริมาณหนึ่งถูกทำให้ร้อนที่ความดันคงที่ ก๊าซจะเปลี่ยนหลายครั้งตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิสัมบูรณ์
มีการพิสูจน์แล้วว่าเมื่อก๊าซได้รับความร้อน 1 °C ที่ความดันคงที่ ปริมาตรของแก๊สจะเพิ่มขึ้นเป็นค่าคงที่เท่ากับ 1/273.2 ของปริมาตรเริ่มต้น ค่านี้เรียกว่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนและแสดงแทน p ด้วยเหตุนี้ กฎเก-ลุสแซกจึงสามารถกำหนดได้ดังนี้: ปริมาตรของมวลก๊าซที่กำหนดที่ความดันคงที่เป็นฟังก์ชันเชิงเส้นของอุณหภูมิ:
V t = V 0 (1 + βt หรือ V t = V 0 T/273
กฎของชาร์ลส์
ที่ปริมาตรคงที่ ความดันสัมบูรณ์ของปริมาณก๊าซคงที่จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ กฎของชาร์ลส์แสดงโดยสูตรต่อไปนี้:
p 2 / p 1 \u003d T 2 / T 1 หรือ p 2 \u003d p 1 T 2 / T 1
ที่ไหน หน้า 1และ หน้า 2- แรงกดดันแน่นอน T1และ T 2คือ อุณหภูมิสัมบูรณ์ของก๊าซ
จากสูตรนี้ เราสามารถสรุปได้ว่าที่ปริมาตรคงที่ ความดันของก๊าซในระหว่างการให้ความร้อนจะเพิ่มขึ้นหลายเท่าเมื่ออุณหภูมิสัมบูรณ์เพิ่มขึ้น
ตรวจสอบให้แน่ใจว่าโมเลกุลของก๊าซอยู่ห่างจากกันเพียงพอจริง ๆ ดังนั้นก๊าซจึงถูกบีบอัดได้ดี ลองใช้หลอดฉีดยาแล้ววางลูกสูบไว้ตรงกลางกระบอกสูบโดยประมาณ เราเชื่อมต่อรูเข็มฉีดยากับท่อซึ่งปลายที่สองปิดอย่างแน่นหนา ดังนั้นอากาศบางส่วนจะติดอยู่ในกระบอกฉีดยาใต้ลูกสูบและในท่ออากาศบางส่วนจะติดอยู่ในกระบอกฉีดยาใต้ลูกสูบ ทีนี้มาใส่ภาระที่ลูกสูบที่เคลื่อนที่ได้ของกระบอกฉีดยากัน สังเกตได้ง่ายว่าลูกสูบจะหล่นลงมาเล็กน้อย ซึ่งหมายความว่าปริมาตรของอากาศลดลง กล่าวคือ ก๊าซถูกบีบอัดได้ง่าย ดังนั้นจึงมีช่องว่างขนาดใหญ่เพียงพอระหว่างโมเลกุลของแก๊ส การวางน้ำหนักบนลูกสูบทำให้ปริมาตรของแก๊สลดลง ในทางกลับกัน หลังจากตั้งค่าน้ำหนักแล้ว ลูกสูบที่ลดระดับลงเล็กน้อยจะหยุดในตำแหน่งสมดุลใหม่ หมายความว่า แรงกดอากาศบนลูกสูบเพิ่มขึ้นและปรับสมดุลน้ำหนักที่เพิ่มขึ้นของลูกสูบกับโหลดอีกครั้ง และเนื่องจากพื้นที่ของลูกสูบยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เราจึงได้ข้อสรุปที่สำคัญ
เมื่อปริมาตรของแก๊สลดลง ความดันของแก๊สจะเพิ่มขึ้น
ให้เราระลึกไว้พร้อมๆ กันว่า มวลของก๊าซและอุณหภูมิของก๊าซในระหว่างการทดลองยังคงไม่เปลี่ยนแปลง. การพึ่งพาแรงกดบนปริมาตรสามารถอธิบายได้ดังนี้ เมื่อปริมาตรของก๊าซเพิ่มขึ้น ระยะห่างระหว่างโมเลกุลของก๊าซจะเพิ่มขึ้น ตอนนี้แต่ละโมเลกุลจำเป็นต้องเดินทางในระยะทางที่มากขึ้นจากการกระทบกับผนังของหลอดเลือดไปยังอีกสิ่งหนึ่ง ความเร็วเฉลี่ยของโมเลกุลยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้น โมเลกุลของแก๊สจะกระทบกับผนังของหลอดเลือดน้อยลงและส่งผลให้แรงดันแก๊สลดลง ในทางกลับกัน เมื่อปริมาตรของแก๊สลดลง โมเลกุลของมันจะกระทบกับผนังของถังบ่อยขึ้น และแรงดันแก๊สก็จะเพิ่มขึ้น เมื่อปริมาตรของก๊าซลดลง ระยะห่างระหว่างโมเลกุลของก๊าซจะลดลง
การพึ่งพาแรงดันแก๊สกับอุณหภูมิ
ในการทดลองครั้งก่อน อุณหภูมิของแก๊สยังคงไม่เปลี่ยนแปลง และเราศึกษาการเปลี่ยนแปลงของความดันอันเนื่องมาจากการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรของแก๊ส พิจารณากรณีที่ปริมาตรของก๊าซคงที่และอุณหภูมิของก๊าซเปลี่ยนแปลง มวลยังคงไม่เปลี่ยนแปลง คุณสามารถสร้างเงื่อนไขดังกล่าวได้โดยการวางก๊าซจำนวนหนึ่งลงในกระบอกสูบด้วยลูกสูบแล้วยึดลูกสูบ
การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของมวลก๊าซที่กำหนดที่ปริมาตรคงที่
ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้น ยิ่งโมเลกุลของแก๊สเคลื่อนที่เร็วขึ้น.
ดังนั้น,
ประการแรกผลกระทบของโมเลกุลบนผนังของเรือเกิดขึ้นบ่อยขึ้น
ประการที่สอง แรงกระแทกเฉลี่ยของแต่ละโมเลกุลบนผนังจะใหญ่ขึ้น สิ่งนี้นำเราไปสู่ข้อสรุปที่สำคัญอีกประการหนึ่ง เมื่ออุณหภูมิของแก๊สเพิ่มขึ้น ความดันของแก๊สก็จะเพิ่มขึ้น ขอให้จำไว้ว่าข้อความนี้เป็นจริงหากมวลและปริมาตรของก๊าซยังคงไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ
การจัดเก็บและขนส่งก๊าซ
การพึ่งพาแรงดันแก๊สกับปริมาตรและอุณหภูมิมักใช้ในงานวิศวกรรมและในชีวิตประจำวัน หากจำเป็นต้องขนส่งก๊าซจำนวนมากจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง หรือเมื่อต้องเก็บก๊าซเป็นเวลานาน ก๊าซเหล่านั้นจะถูกบรรจุในภาชนะโลหะแข็งแรงพิเศษ เรือเหล่านี้ทนต่อแรงกดดันสูง ดังนั้นด้วยความช่วยเหลือของปั๊มพิเศษจึงสามารถสูบก๊าซจำนวนมากเข้าไปได้ ซึ่งภายใต้สภาวะปกติจะมีปริมาตรมากกว่าหลายร้อยเท่า เนื่องจากแรงดันของก๊าซในกระบอกสูบนั้นสูงมากแม้ในอุณหภูมิห้อง ไม่ควรให้ความร้อนหรือพยายามทำให้เป็นรูไม่ว่าด้วยวิธีใด แม้หลังการใช้งาน
กฎฟิสิกส์ของแก๊ส
ฟิสิกส์ของโลกแห่งความเป็นจริงในการคำนวณมักจะถูกลดขนาดให้เป็นแบบจำลองที่ค่อนข้างง่าย วิธีนี้ใช้ได้กับการอธิบายพฤติกรรมของก๊าซมากที่สุด กฎเกณฑ์ที่ตั้งขึ้นจากการทดลองนั้นถูกลดขนาดโดยนักวิจัยหลายๆ คนในกฎของแก๊สของฟิสิกส์ และเป็นการเกิดขึ้นของแนวคิดของ "กระบวนการไอโซโพรเซส" นี่เป็นช่วงของการทดลองโดยที่พารามิเตอร์ตัวหนึ่งจะคงค่าคงที่ไว้ กฎของฟิสิกส์ของแก๊สทำงานกับพารามิเตอร์หลักของก๊าซอย่างแม่นยำยิ่งขึ้นคือสถานะทางกายภาพ อุณหภูมิ ปริมาตร และความดัน กระบวนการทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์อย่างน้อยหนึ่งตัวเรียกว่าเทอร์โมไดนามิก แนวคิดของกระบวนการ isostatic ลดลงเป็นข้อความที่ว่าในระหว่างการเปลี่ยนแปลงสถานะ พารามิเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งยังคงไม่เปลี่ยนแปลง นี่คือพฤติกรรมของสิ่งที่เรียกว่า "ก๊าซในอุดมคติ" ซึ่งอาจมีข้อจำกัดบางประการ สามารถนำมาใช้กับเรื่องจริงได้ ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ความเป็นจริงค่อนข้างซับซ้อนกว่า อย่างไรก็ตาม ด้วยความมั่นใจอย่างสูง พฤติกรรมของก๊าซที่อุณหภูมิคงที่จึงมีลักษณะเฉพาะโดยใช้กฎหมาย Boyle-Mariotte ซึ่งระบุว่า:
ผลคูณของปริมาตรและความดันก๊าซเป็นค่าคงที่ ข้อความนี้ถือเป็นจริงหากอุณหภูมิไม่เปลี่ยนแปลง
กระบวนการนี้เรียกว่าอุณหภูมิความร้อน ในกรณีนี้ พารามิเตอร์ที่ศึกษาสองในสามเปลี่ยนแปลง ทางกายภาพ ทุกอย่างดูเรียบง่าย บีบลูกโป่งที่พองออก ถือว่าอุณหภูมิไม่เปลี่ยนแปลง ส่งผลให้ความดันภายในลูกบอลเพิ่มขึ้นตามปริมาตรที่ลดลง ค่าของผลิตภัณฑ์ของพารามิเตอร์ทั้งสองจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เมื่อทราบค่าเริ่มต้นของอย่างน้อยหนึ่งค่า คุณจะสามารถค้นหาตัวบ่งชี้ของค่าที่สองได้อย่างง่ายดาย กฎอีกข้อหนึ่งในรายการ "กฎของแก๊สแห่งฟิสิกส์" คือการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของก๊าซและอุณหภูมิที่ความดันเท่ากัน สิ่งนี้เรียกว่า "กระบวนการไอโซบาริก" และอธิบายโดยใช้กฎของเก-ลูแซก อัตราส่วนของปริมาตรและอุณหภูมิของก๊าซไม่เปลี่ยนแปลง สิ่งนี้เป็นจริงภายใต้เงื่อนไขของค่าความดันคงที่ในมวลสารที่กำหนด ทางกายภาพด้วยทุกอย่างเรียบง่าย หากคุณเคยชาร์จไฟแช็คแก๊สหรือใช้ถังดับเพลิงแบบคาร์บอนไดออกไซด์ คุณได้เห็นผลกระทบของกฎหมายฉบับนี้ว่า “ใช้ได้จริง” ก๊าซที่ไหลออกจากถังดับเพลิงหรือกระดิ่งจะขยายตัวอย่างรวดเร็ว อุณหภูมิของเขาลดลง คุณสามารถแช่แข็งผิวของคุณ ในกรณีของเครื่องดับเพลิง หิมะคาร์บอนไดออกไซด์ทั้งสะเก็ดจะเกิดขึ้นเมื่อก๊าซภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิต่ำจะกลายเป็นสถานะของแข็งจากก๊าซอย่างรวดเร็ว ต้องขอบคุณกฎหมาย Gay-Lusac ที่ทำให้เราสามารถหาอุณหภูมิของก๊าซได้โดยง่าย โดยรู้ปริมาตรของก๊าซในเวลาใดก็ตาม กฎแก๊สของฟิสิกส์ยังอธิบายพฤติกรรมภายใต้สภาวะของปริมาตรคงที่ กระบวนการดังกล่าวเรียกว่า isochoric และอธิบายโดยกฎของ Charles ซึ่งระบุว่า: ด้วยปริมาตรคงที่ที่ถูกครอบครอง อัตราส่วนของความดันต่ออุณหภูมิของก๊าซจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในเวลาใดก็ตามในความเป็นจริง ทุกคนรู้กฎนี้ดี: คุณไม่สามารถให้ความร้อนแก่สารสดชื่นในอากาศและภาชนะอื่นๆ ที่มีก๊าซภายใต้ความกดดัน คดีจบลงด้วยการระเบิด สิ่งที่เกิดขึ้นคือสิ่งที่กฎของชาร์ลส์อธิบายไว้อย่างชัดเจน อุณหภูมิกำลังสูงขึ้น ในขณะเดียวกัน ความดันจะเพิ่มขึ้นเมื่อปริมาตรไม่เปลี่ยนแปลง มีการทำลายกระบอกสูบในขณะที่ตัวบ่งชี้เกินที่อนุญาต ดังนั้น เมื่อทราบปริมาณที่ถูกครอบครองและหนึ่งในพารามิเตอร์แล้ว คุณก็สามารถตั้งค่าของวินาทีได้อย่างง่ายดาย แม้ว่ากฎของแก๊สในฟิสิกส์จะอธิบายพฤติกรรมของแบบจำลองในอุดมคติบางตัว แต่ก็สามารถประยุกต์ใช้เพื่อทำนายพฤติกรรมของก๊าซในระบบจริงได้อย่างง่ายดาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในชีวิตประจำวัน ไอโซโพรเซสสามารถอธิบายได้ง่าย ๆ ว่าตู้เย็นทำงานอย่างไร เหตุใดกระแสลมเย็นจึงไหลออกจากกระป๋องน้ำหอมปรับอากาศ ซึ่งทำให้ห้องหรือลูกบอลระเบิด วิธีการทำงานของสปริงเกอร์ และอื่นๆ
พื้นฐานของ MKT
ทฤษฎีโมเลกุล-จลนศาสตร์ของสสาร- วิธีการอธิบาย ปรากฏการณ์ทางความร้อนซึ่งเชื่อมโยงปรากฏการณ์ทางความร้อนและกระบวนการกับคุณลักษณะของโครงสร้างภายในของสสารและศึกษาสาเหตุที่กำหนดการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน ทฤษฎีนี้ได้รับการยอมรับในศตวรรษที่ 20 เท่านั้น แม้ว่าจะมาจากทฤษฎีอะตอมของกรีกโบราณเกี่ยวกับโครงสร้างของสสาร
อธิบายปรากฏการณ์ทางความร้อนโดยลักษณะเฉพาะของการเคลื่อนไหวและปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคขนาดเล็กของสสาร
มันขึ้นอยู่กับกฎของกลศาสตร์คลาสสิกของ I. Newton ซึ่งช่วยให้เกิดสมการการเคลื่อนที่ของอนุภาคขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีจำนวนมาก (มีประมาณ 10 23 โมเลกุลใน 1 ซม. 3 ของสาร) จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะอธิบายการเคลื่อนที่ของแต่ละโมเลกุลหรืออะตอมทุกวินาทีโดยใช้กฎของกลศาสตร์คลาสสิก ดังนั้นในการสร้างทฤษฎีความร้อนสมัยใหม่จึงใช้วิธีการทางสถิติทางคณิตศาสตร์ซึ่งอธิบายปรากฏการณ์ทางความร้อนตามกฎพฤติกรรมของอนุภาคขนาดเล็กจำนวนมาก
ทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล สร้างขึ้นบนพื้นฐานของสมการทั่วไปของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลจำนวนมาก
ทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุลอธิบายปรากฏการณ์ทางความร้อนจากมุมมองของแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างภายในของสสาร กล่าวคือ อธิบายธรรมชาติของสสารให้กระจ่าง นี่เป็นทฤษฎีที่ลึกกว่า แม้ว่าจะซับซ้อนกว่า ซึ่งอธิบายสาระสำคัญของปรากฏการณ์ทางความร้อนและกำหนดกฎของอุณหพลศาสตร์
ทั้งสองแนวทางที่มีอยู่คือ วิธีการทางอุณหพลศาสตร์และ ทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุล- ได้รับการพิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์และส่งเสริมซึ่งกันและกันและไม่ขัดแย้งกัน ในเรื่องนี้ การศึกษาปรากฏการณ์ทางความร้อนและกระบวนการมักจะพิจารณาจากตำแหน่งของฟิสิกส์ระดับโมเลกุลหรืออุณหพลศาสตร์ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวิธีการนำเสนอวัสดุด้วยวิธีที่ง่ายกว่า
วิธีการทางอุณหพลศาสตร์และจลนพลศาสตร์ของโมเลกุลช่วยเสริมซึ่งกันและกันในการอธิบาย ปรากฏการณ์ทางความร้อนและกระบวนการ
สมการก๊าซในอุดมคติของรัฐ กำหนดความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิ ปริมาตร และความดันของร่างกาย
- ช่วยให้คุณกำหนดหนึ่งในปริมาณที่กำหนดลักษณะสถานะของก๊าซ ตามอีกสองปริมาณ (ใช้ในเทอร์โมมิเตอร์)
- กำหนดว่ากระบวนการดำเนินการภายใต้สภาวะภายนอกอย่างไร
- กำหนดว่าสถานะของระบบเปลี่ยนไปอย่างไรหากทำงานหรือได้รับความร้อนจากร่างกายภายนอก
สมการ Mendeleev-Clapeyron (สมการสถานะก๊าซในอุดมคติ)
- ค่าคงที่แก๊สสากล, R = kN A
สมการของ Clapeyron (กฎหมายก๊าซรวม)
กรณีเฉพาะของสมการคือกฎของแก๊สที่อธิบายกระบวนการไอโซโพรเซสในก๊าซในอุดมคติ กล่าวคือ กระบวนการที่พารามิเตอร์มาโครตัวใดตัวหนึ่ง (T, P, V) เป็นค่าคงที่ในระบบแยกแบบปิด
การพึ่งพาเชิงปริมาณระหว่างสองพารามิเตอร์ของก๊าซที่มีมวลเดียวกันที่มีค่าคงที่ของพารามิเตอร์ที่สามเรียกว่ากฎของแก๊ส
กฎหมายแก๊ส
กฎของบอยล์ - Mariotte
กฎก๊าซข้อแรกถูกค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ R. Boyle (1627-1691) ในปี 1660 งานของ Boyle ถูกเรียกว่า "การทดลองใหม่เกี่ยวกับสปริงอากาศ" อันที่จริง แก๊สมีลักษณะเหมือนสปริงอัด ดังที่คุณเห็นได้จากการอัดอากาศในปั๊มจักรยานทั่วไป
Boyle ศึกษาการเปลี่ยนแปลงของแรงดันแก๊สเป็นฟังก์ชันของปริมาตรที่อุณหภูมิคงที่ กระบวนการเปลี่ยนสถานะของระบบอุณหพลศาสตร์ที่อุณหภูมิคงที่เรียกว่า isothermal (จากคำภาษากรีก isos - เท่ากับ therme - ความร้อน)
นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส E. Mariotte (1620-1684) โดยไม่คำนึงถึง Boyle ได้ข้อสรุปแบบเดียวกัน ดังนั้นกฎหมายที่พบจึงเรียกว่ากฎหมาย Boyle-Mariotte
ผลคูณของความดันของก๊าซในมวลและปริมาตรที่กำหนดจะคงที่ถ้าอุณหภูมิไม่เปลี่ยนแปลง
pV = const
กฎของเกย์-ลูสแซก
การประกาศการค้นพบกฎหมายเกี่ยวกับก๊าซอื่นได้รับการตีพิมพ์ในปี พ.ศ. 2345 เท่านั้น เกือบ 150 ปีหลังจากการค้นพบกฎหมายบอยล์-มาริออตต์ กฎหมายที่กำหนดการพึ่งพาปริมาตรก๊าซกับอุณหภูมิที่ความดันคงที่ (และมวลคงที่) ได้รับการจัดตั้งขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Gay-Lussac (1778-1850)
การเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ในปริมาตรของก๊าซของมวลที่กำหนดที่ความดันคงที่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ
วี = วี 0 αT
กฎของชาร์ลส์
การพึ่งพาแรงดันแก๊สต่ออุณหภูมิที่ปริมาตรคงที่นั้นถูกสร้างขึ้นโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส เจ. ชาร์ลส์ (ค.ศ. 1746-1823) ในปี ค.ศ. 1787
J. Charles ในปี ค.ศ. 1787 ซึ่งเร็วกว่า Gay-Lussac ได้สร้างการพึ่งพาปริมาตรของอุณหภูมิที่ความดันคงที่ แต่เขาไม่ได้เผยแพร่งานของเขาทันเวลา
ความดันของมวลก๊าซที่กำหนดที่ปริมาตรคงที่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์
p = p 0 γT
| ชื่อ | ถ้อยคำ | กราฟ |
|
กฎหมายบอยล์-มาริออตต์ – กระบวนการไอโซเทอร์มอล |
สำหรับมวลของก๊าซที่กำหนด ผลคูณของความดันและปริมาตรจะคงที่ถ้าอุณหภูมิไม่เปลี่ยนแปลง
|
   |
|
กฎของเกย์-ลูสแซก - กระบวนการไอโซบาริก |
2. กระบวนการไอโซคอริก. V เป็นค่าคงที่ P และ T เปลี่ยนไป แก๊สเป็นไปตามกฎของชาร์ลส์ . ความดันที่ปริมาตรคงที่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์
3. กระบวนการไอโซเทอร์มอล. T เป็นค่าคงที่ P และ V เปลี่ยนไป ในกรณีนี้ ก๊าซเป็นไปตามกฎหมายบอยล์-มาริออตต์ . ความดันของมวลก๊าซที่กำหนดที่อุณหภูมิคงที่จะแปรผกผันกับปริมาตรของก๊าซ.
4. จากกระบวนการจำนวนมากในก๊าซ เมื่อพารามิเตอร์ทั้งหมดเปลี่ยนแปลง เราจะเลือกกระบวนการที่เป็นไปตามกฎหมายก๊าซที่เป็นหนึ่งเดียว สำหรับมวลของก๊าซที่กำหนด ผลคูณของความดันคูณปริมาตรหารด้วยอุณหภูมิสัมบูรณ์เป็นค่าคงที่
กฎหมายฉบับนี้มีผลบังคับใช้กับกระบวนการจำนวนมากในก๊าซ เมื่อพารามิเตอร์ของก๊าซไม่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว
กฎหมายที่ระบุไว้ทั้งหมดสำหรับก๊าซจริงเป็นค่าโดยประมาณ ข้อผิดพลาดเพิ่มขึ้นเมื่อความดันและความหนาแน่นของก๊าซเพิ่มขึ้น
สั่งงาน:
1.ส่วนหนึ่งของงาน.
1. เราลดท่อของลูกแก้วลงในภาชนะที่มีน้ำที่อุณหภูมิห้อง (รูปที่ 1 ในภาคผนวก) จากนั้นเราก็อุ่นลูกบอล (ด้วยมือ, น้ำอุ่น) เมื่อพิจารณาว่าแรงดันแก๊สคงที่ให้เขียนว่าปริมาตรของแก๊สขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างไร
บทสรุป:………………..
2. เชื่อมต่อท่อทรงกระบอกที่มีมิลลิเมตรด้วยท่อ (รูปที่ 2) ให้ความร้อนแก่ภาชนะโลหะและอากาศด้วยไฟแช็ก สมมติว่าปริมาตรของแก๊สคงที่ เขียนว่าความดันของแก๊สขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างไร
บทสรุป:………………..
3. เราบีบภาชนะทรงกระบอกที่ติดกับมิลลิเมตรด้วยมือของเราลดปริมาตรลง (รูปที่ 3) สมมติว่าอุณหภูมิของแก๊สคงที่ เขียนว่าความดันของแก๊สขึ้นอยู่กับปริมาตรอย่างไร
บทสรุป:……………….
4. เชื่อมต่อปั๊มกับห้องจากลูกบอลและปั๊มในอากาศหลายส่วน (รูปที่ 4) ความดัน ปริมาตร และอุณหภูมิของอากาศที่สูบเข้าไปในห้องเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร?
บทสรุป:………………..
5. เทแอลกอฮอล์ประมาณ 2 ซม. 3 ลงในขวด ปิดจุกด้วยสายยาง (รูปที่ 5) ติดกับปั๊มฉีด ลองทำสักสองสามจังหวะจนกว่าไม้ก๊อกจะออกจากขวด ความดัน ปริมาตร และอุณหภูมิของอากาศ (และไอแอลกอฮอล์) เปลี่ยนแปลงอย่างไรหลังจากที่ถอดจุกก๊อกแล้ว
บทสรุป:………………..
ส่วนหนึ่งของงาน.
การตรวจสอบกฎหมายของเกย์-ลูสแซก
1. เรานำหลอดแก้วที่อุ่นออกจากน้ำร้อนแล้วลดปลายเปิดลงในภาชนะขนาดเล็กที่มีน้ำ
2. ถือท่อในแนวตั้ง
3. เมื่ออากาศในท่อเย็นลง น้ำจากภาชนะจะเข้าสู่ท่อ (รูปที่ 6)
4. ค้นหาและ
ความยาวของท่อและเสาอากาศ (ตอนเริ่มการทดลอง)
ปริมาณลมร้อนในท่อ
พื้นที่หน้าตัดของท่อ
ความสูงของคอลัมน์น้ำเข้าสู่ท่อเมื่ออากาศในท่อเย็นลง
ความยาวของเสาอากาศเย็นในท่อ
ปริมาณลมเย็นในท่อ
ตามกฎหมายเกย์-ลูสแซก เรามีอากาศสองสถานะ
หรือ (2) (3)
อุณหภูมิน้ำร้อนในถัง
อุณหภูมิห้อง
เราต้องตรวจสอบสมการ (3) และด้วยเหตุนี้กฎของเกย์-ลุสแซก
5. คำนวณ
6. เราพบข้อผิดพลาดในการวัดสัมพัทธ์เมื่อวัดความยาวโดยใช้ Dl = 0.5 ซม.
7. ค้นหาข้อผิดพลาดสัมบูรณ์ของอัตราส่วน
=……………………..
8. เขียนผลการอ่าน
………..…..
9. เราพบข้อผิดพลาดในการวัดสัมพัทธ์ T, รับ
10. ค้นหาข้อผิดพลาดในการคำนวณแบบสัมบูรณ์
11. เขียนผลการคำนวณ
12. หากช่วงเวลาสำหรับกำหนดอัตราส่วนอุณหภูมิ (อย่างน้อยบางส่วน) ตรงกับช่วงเวลาสำหรับกำหนดอัตราส่วนของความยาวของคอลัมน์อากาศในท่อ สมการ (2) จะถูกต้องและอากาศในท่อเป็นไปตามเงื่อนไขเกย์ - กฎหมายลูสแซก
บทสรุป:……………………………………………………………………………………………………
ข้อกำหนดในการรายงาน:
1. ชื่อเรื่องและวัตถุประสงค์ของงาน
2. รายการอุปกรณ์
3. วาดภาพจากแอปพลิเคชันและสรุปการทดลองที่ 1, 2, 3, 4
4. เขียนเนื้อหา วัตถุประสงค์ การคำนวณ ส่วนที่สองของงานห้องปฏิบัติการ
5. เขียนบทสรุปในส่วนที่สองของงานห้องปฏิบัติการ
6. พล็อตกราฟของกระบวนการไอโซโพรเซส (สำหรับการทดลอง 1,2,3) ในแกน: ; ; .
7. แก้ปัญหา:
1. กำหนดความหนาแน่นของออกซิเจนถ้าความดันของมันคือ 152 kPa และความเร็วกำลังสองเฉลี่ยของโมเลกุลคือ -545 m/s
2. มวลก๊าซจำนวนหนึ่งที่ความดัน 126 kPa และอุณหภูมิ 295 K มีปริมาตร 500 ลิตร หาปริมาตรของก๊าซภายใต้สภาวะปกติ
3. ค้นหามวลของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในกระบอกสูบที่มีความจุ 40 ลิตรที่อุณหภูมิ 288 K และความดัน 5.07 MPa
ภาคผนวก
นอกจากนี้เรายังแนะนำ
แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง: การซ่อมแซมและการปรับแต่ง
การควบคุมระยะไกลของแสง
เรียนว่ายน้ำสำหรับเด็กก่อนวัยเรียน
หมายเหตุสำหรับเจ้านาย - การเตือนภัยในครัวเรือนที่บ้าน
ใบพัดนาฬิกาบน Atmega8
ตัวอย่างการใช้งานอุปกรณ์และรีเลย์ วิธีการเลือกและเชื่อมต่อรีเลย์อย่างถูกต้อง ไมโครคอนโทรลเลอร์และรีเลย์ วงจรสวิตชิ่งอย่างง่าย
กำลังโหลด...