КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Уравнение состояния идеального газа. Идеальная газовая смесь
При изучении свойств равновесных систем термодинамика прежде всего рассматривает свойства простых систем. У изолированной системы существует состояние термодинамического равновесия, в которое она приходит с течением времени и никогда самопроизвольно выйти из него не может.
Замечание: Анализ процессов, происходящих в изолированной системе, представляет интерес в большой мере потому, что в предельном обобщении любую неизолированную систему и окружающую её среду можно рассматривать как единую изолированную систему.
Простыми называются однофазные системы с постоянным числом частиц, состояние которых определяется только температурой Т и ещё каким-то одним параметром состояния, например, давлением р.
Замечание: В связи со сказанным выше всюду далее рассматриваться будут только простые системы, за исключением особо оговориваемыхх случаев.
Уравнение состояния термодинамической системы определяется экспериментально. Оно показывает, каким образом в любом равновесном состоянии системы ее параметры р, υ, Т связаны между собой. Идеальным газом в термодинамике считается газ, у которого параметры состояния связаны между собой соотношением:
p υ = R T, (2.1)
где р, υ, и Т – абсолютное давление, Па, удельный объем, м3/кг, и абсолютная температура, К, газа; R – газовая постоянная – экспериментально определенная константа, имеющая свое постоянное значение у каждого газа, Дж/(кг ∙ К). Выражение (2.1) называется уравнением Клапейрона. Из (2.1) путем преобразований можно получить уравнение Клапейрона-Менделеева, привлекая для этого данные из следствия закона Авогадро (подробнее см. Приложение 2):
p υ = T, (2.2)
где R μ – универсальная газовая постоянная, R μ = 8,314 Дж/(моль · К); μ – молярная масса газа (всегда известная величина, т.к. всегда известно для какого газа ведется расчет), кг/моль. Уравнение (2.1) или (2.2) называется уравнением состояния идеального газа, так как, зная любые два параметра состояния, из них всегда можно определить третий. Экспериментально установлено, что для большинства газов и газовых смесей в достаточно широком диапазоне давлений и температур уравнения (2.1) и (2.2) можно считать справедливыми. Идеальной газовой смесью называется смесь, состоящая из идеальных газов. Для такой смеси все термодинамические расчеты выполняются аналогично расчетам для идеальных газов. (Расчет характеристик газовых смесей приводится в Приложении 3).
Примечание: 1) Из уравнения (2.1) и (2.2) следует, что из трех параметров состояний р, υ, и Т независимыми являются только два, но любые. Это свойство параметров состояния, как показывают эксперименты, характерно также для простых термодинамических систем, находящихся как в твердом, так и в жидком состояниях. То есть для однозначного определения состояния и характеристик термодинамической системы достаточно знать любые два из трех ее параметров состояния. 2) Формулы (2.1) и (2.2) позволяют проводить расчёты для чистых идеальных газов. Однако если расчёты проводятся для смеси, состоящей из идеальных газов, то этими зависимостями также можно пользоваться, записав их в виде: pсм υсм = Rсм Tсм (2.1*)
или , (2.2*) где p см, T см и υ см – абсолютное давление смеси, Па, температура смеси, К, и удельный объём смеси (величина обратная плотности смеси), м3/кг, соответственно; Rсм – газовая постоянная смеси, Дж/(кг ∙ К); μсм – кажущаяся молярная масса смеси, кг/моль. Значения, входящих в (2.1*) и (2.2*) величин υсм, Rсм, μсм, определяются по всегда заданному в расчётах химическому составу газовой смеси (подробнее см. Приложение 3).
3) Уравнение состояния идеального газа достаточно хорошо описывает поведение реальных газов при высоких температурах и относительно низких давлениях. Однако, когда температура и давление таковы, что газ близок к конденсации, то формула (2.1) приводит к весьма неточным результатам. Для таких случаев необходимо пользоваться другими уравнениями состояния реальных газов. Одним из первых примеров уравнения состояния реальных газов является уравнение, предложенное в 1873 году голландским физиком Ван-дер-Ваальсом: , (2.3) где a и b – по мысли Ван-дер-Ваальса размерные константы, имеющие своё значение для каждого вещества, не зависящее от температуры, плотности и давления. Как видно из (2.3) это уравнение отличается от уравнения Клапейрона (2.1) двумя поправками: объёмной поправкой b и поправкой на так называемое внутреннее давление . Для разряжения газов (когда поправка мала в сравнении с «р» и когда «b» мало в сравнении с «υ») уравнение (2.3) совпадает с уравнением идеального газа (2.1). Для сжатых газов уравнение (2.3) обычно оказывается неточным. Исследование показали, что в действительности «a» и «b» являются функциями температуры и объёма. Главная ценность уравнения (2.3) в том, что качественно оно не теряет смысла при переходе к жидкому состоянию. Для реальных газов имеются и другие уравнения состояния. В общем виде их можно представить функциональной зависимостью вида: F(p, υ, T) = 0. (2.4) где F – некоторая непрерывная функция трёх переменных p, υ и T. Общую зависимость (2.4) можно представить в более удобном для дальнейшего анализа реальных газов виде: p = f (υ, T), (2.5) где f – некоторая непрерывная функция двух переменных υ и T, получить вид которой для конкретного газа и определённых условий можно экспериментальным путём. Выражение (2.5) можно рассматривать как общую форму записи уравнения состояния некоторого реального (не идеального) газа.
Дата добавления: 2014-01-20; Просмотров: 859; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |