Газообразное состояние и его параметры

Газообразным состоянием называется такое состояние вещества, при котором силы, действующие между молекулами этого веще­ства, ничтожно малы, так же как и размеры самих молекул, по сравнению со средними расстояниями между ними. Движение мо­лекул газа в межмолекулярном пространстве до их столкновения совершается в среднем равномерно, прямолинейно и беспорядо­чно. Состояние газа характеризуется его параметрами: давлением, плотностью или удельным объемом и температурой.

Давление. Давление газа обусловлено ударами молекул о стен­ки сосуда, заполненного газом, и определяется средней силой их действия на единицу площади поверхности. Давление, отсчитыва­емое от абсолютного вакуума, называется абсолютным. Оно пред­ставляет собой давление газа на ограждающие его поверхности. Абсолютное давление — параметр состояния вещества.

Давление, отсчитываемое от имеющегося атмосферного (баро­метрического), называется относительным, или избыточным. Оно представляет собой:

- разность между абсолютным давлением р_абс и атмосферным давлением р_атм (давлением окружающей среды), если р_абср_атм, т.е. р_изб= р_абс- р_атм;

- разность между атмосферным давлением и абсолютным давлением, если р_атмр_абс. В этом случае относительное давление представляет собой давление разряжения, измеряемое вакуумметром, р_вак= р_атм- р_абс

Единицей измерения давления в системе СИ служит Паскаль, 1Па=1Н/м²

Давление может также измеряться в миллиметрах ртутного стол­ба, мм рт. ст., или водяного столба, мм вод. ст. Соотношение ука­занных единиц измерения следующее:

1мм.вод.ст.=1кгс/м²=9,807Па; 1мм.рт.ст.=133,3Па

Плотность и удельный объем. Плотность ρ - это масса вещества в единице объема, т.е. отношение массы вещества m к его объему V:

ρ=m/V

Объем, занимаемый единицей массы, называется удельным, или массовым, объемом и представляет собой величину, обратную плотности

V=1/ ρ

Плотность в системе СИ измеряется в кг/м³, а удельный объем – м³/кг

Плотность газовой смеси определяется по формуле

ρ_см=0,01(ρ₁V₁+ ρ₂V₂+…+ ρ_nV_n)

где где p₁, p₂, ρ_n - плотность компонентов газового топлива; V₁, V₂, V_n -содержание компонентов по объему, %.

На практике часто пользуются понятием «относительная плот­ность» р_отн, которая представляет собой отношение плотности газа р_г к плотности воздуха р_возд

р_отн= р_г/р_возд

При этом плотности газа и воздуха берутся при одинаковых давлении и температуре. Зависимость плотности газа от температу­ры и давления определяется соотношением

где ρ ₀ — плотность газа при нормальных условиях (T_Q = 273 К и р_о= 101,3 кПа);р — давление газа; Т— температура газа. Значения плотности, относительной плотности и некоторых других пара­метров простых газов приведены в табл. 1.1.

Температура. Температура характеризует энергию, с которой движутся молекулы газа, т.е. кинетическое состояние молекул газа, степень его нагретости.

В России приняты две температурные шкалы: термодинамиче­ская и международная практическая. Термодинамическая темпера­турная шкала основана на законах термодинамики и, в частности, на идеальном цикле Карно. Эта шкала теоретическая, так как иде­альный цикл Карно неосуществим.

Измерение температур в технике производится по международ­ной практической шкале температур. Международная практическая шкала температур по мере совершенствования температурных изме­рений все время уточняется и приближается к термодинамической.

Температурная шкала основана на реперных точках воспроиз­водимых температур фазового равновесия химически чистых ве­ществ при нормальном атмосферном давлении (р₀ = 101,325 кПа). К ним относятся следующие точки: кипение кислорода (-182,962 °С); затвердевание воды (0,000 °С); кипение воды (100,000 °С); кипение серы (444,60 °С); плавление серебра (961,970 °С); плавление золота (1 064,430 °С).

Единицей температуры в СИ является кельвин (К).

Наряду с этим температура измеряется по международной стогра­дусной шкале в градусах Цельсия (°С). Температура, отсчитываемая от абсолютного нуля, называется абсолютной.

Соотношение между температурой / в градусах Цельсия и тем­пературой Т в кельвинах с достаточной для практики точностью может быть выражено следующей зависимостью:

(1.5)

Т= t+ 273,35.

Критические и приведенные параметры газов. Для каждого газа существуют определенные температура и давление, ниже которых данный газ не может существовать в газообразном состоянии, по­скольку превращается в жидкость.

Температура, выше которой данный газ не может быть сжижен любым повышением давления, называется критической темпера­турой, а соответствующее ей давление — критическим давлением.

Удельный объем данного газа при критических температуре и давлении называется критическим объемом.

Критические параметры различных газов приведены в табл. 1.1.

Отношения абсолютных значений физических параметров газа к его критическим параметрам называются приведенными параметрами:

Нормальные и стандартные условия. Для сравнения объемных количеств газа их приводят к нормальным и стандартным услови­ям. Нормальными считаются условия при температуре О "С (Т_о = - 273,15 К) и давлении р₀ = 760 мм рт. ст. (0,1 МПа).

Стандартными считаются условия при температуре 20 °С (Т_ст = -293,15 К) и давлении р_СТ = 760 мм рт. ст. (0,1 МПа).

Приведение объема V газа к нормальным условиям (н. м³) про­изводится по формуле

Дата добавления: 2014-01-13