Тема: смеси идеальных газов

ЛЕКЦИЯ № 4.

В технике используются газообразные вещества, близкие по свойствам к идеальным газам и представляющие механическую смесь отдельных газов. Например, доменный газ, отходящие газы из котельных установок, ДВС, реактивных двигателей, воздух, состоящий из азота, кислорода, углекислого газа, водяного пара и одноатомных газов.

Газовая смесь – смесь отдельных газов, не вступающих между собой ни в какие химические реакции.

Молекулы газа создают давление на стенки сосуда, которое называется парциальным.

Парциальное давление - это давление, которое имел бы каждый газ, входящий в состав смеси, если бы этот газ находился один в том же количестве, в том же объеме и при той же температуре, что и в смеси.

Состав газовой смеси определяется количеством каж­дого из газов, входящих в смесь, и может быть задан мас­совыми или объемными долями.

Массовая доля определяется отношением массы отдельного газа, входящего в смесь, к массе всей смеси:

m₁ = М₁ / М_см, m₂ = М₂ / М_см, m₃ = М₃ / М_см, …, m_n = М_п / М_см, (1)

где М₁, М₂,, М₃,..., М_п — массы отдельных газов и М_см — масса всей смеси.

Объемной долей газа называют отношение объема каждого компонента, входящего в смесь, к объему всей газовой смеси при условии, что объем каждого компонента отнесен к давлению и температуре смеси (приведенный объем):

r₁ = , r ₂ = , r ₃ = , …, r _n = , (2)

где V₁ , V₂,V₃,V_n — приведенные объемы компонен­тов газов, входящих в смесь; V — общий объем газовой смеси.

Очевидно, что М₁ +М₂ +М₃ +… + М_п = М;

т₁ + т₂ + т₃ +…+ т_п = 1,

а также

V ₁ +V ₂ +V ₃ +…+V_n =V;

r₁ + r₂ + r₃ + …+ r_n = 1

Для перевода массовых долей в объемные пользуются формулой

. (3)

Объемные доли переводят в массовые по формуле

(4)

Плотность смеси определяют из выражения

, кг/м³ (5)

или, если известен массовый состав, по формуле

(6)

Удельный объем. смеси представляет величину, обратную ρ_сл,; поэтому, если дан объемный состав смеси, то

, м³/кг (7)

Если же известен массовый состав, то

, м³/кг (8)

Из уравнения (5) легко получить значение так называемой кажущейся молекулярной массы газовой смеси

(9)

или через массовый состав

(10)

Газовую постоянную смеси газов (R_см) можно выразить или через газовые постоянные отдельных компонентов., входящих в смесь, или через кажущуюся молекулярную массу смеси

Дж/(кг·К), (11)

или

Дж/(кг·К) (12)

Связь между давлением газовой смеси и парциальными давлениями отдельных компонентов, входящих в смесь, устанавливается следующей зависимостью - закон Даль­тона: «Общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений отдельных газов, составляющих смесь», легко получаемой из основного уравнения кинетической теории газов:

p _см = р₁+ р₂+ р₃+ ••• + р_n, (13)

где p _см- общее давление газовой смеси;

р₁, р₂,…,р_n - парциальные давления отдельных компонентов, входящих в смесь.

Парциальные давления определяются проще всего, если известны объемные доли отдельных компонентов, входящих в смесь;

p₁=pr₁, p₂=pr₂ и т.д.

или вообще

р_i=pr_i, (14)

где р_l - парциальное давление любого газа, входящего в смесь.

Если известны массовые доли, то парциальнoe давле­ние любого газа, входящего в смесь,

. (15)

Дата добавления: 2014-11-08