Gastryck. Idealisk gas, gastryck

DEFINITION

Tryck i ett kärl med gas skapas av stötar av molekyler mot dess vägg.

På grund av termisk rörelse träffar gaspartiklar då och då kärlets väggar (Fig. 1a). Vid varje stöt verkar molekylerna på kärlväggen med viss kraft. Tillsammans med varandra bildar de enskilda partiklarnas slagkrafter en viss tryckkraft som ständigt verkar på kärlväggen. När de kolliderar med kärlväggarna interagerar gasmolekyler med dem enligt mekanikens lagar som elastiska kroppar och överför sina impulser till kärlväggarna (Fig. 1b).

Figur 1. Gastryck på kärlets vägg: a) förekomsten av tryck på grund av stötar på väggen av slumpmässigt rörliga partiklar; b) tryckkraft som ett resultat av elastisk påverkan av partiklar.

I praktiken handlar de oftast inte om en ren gas, utan om en blandning av gaser. Till exempel är atmosfärisk luft en blandning av kväve, syre, koldioxid, väte och andra gaser. Var och en av gaserna som utgör blandningen bidrar till det totala trycket som blandningen av gaser utövar på kärlets väggar.

För en gasblandning, daltons lag:

gasblandningens tryck är lika med summan av partialtrycken för varje komponent i blandningen:

DEFINITION

Partiellt tryckär det tryck som skulle upptas av gasen som är en del av gasblandningen om den ensam upptog en volym lika med blandningens volym vid en given temperatur (fig. 2).

Fig.2. Daltons lag för en gasblandning

Ur molekylär kinetisk teoris synvinkel är Daltons lag uppfylld eftersom interaktionen mellan molekyler av en idealgas är försumbar. Därför utövar varje gas tryck på kärlets vägg, som om det inte fanns några andra gaser i kärlet.

Exempel på problemlösning

EXEMPEL 1

EXEMPEL 2

Träning	Ett slutet kärl innehåller en blandning av 1 mol syre och 2 mol väte. Jämför partialtrycken för både gaser (syretryck) och (vätetryck):
Svar	Trycket hos en gas beror på molekylernas inverkan på kärlets väggar, det beror inte på typen av gas. Under förhållanden med termisk jämvikt är temperaturen på gaserna som utgör gasblandningen, i detta fall syre och väte, densamma. Detta innebär att gasernas partialtryck beror på antalet molekyler i motsvarande gas. En mol av något ämne innehåller

Var än gasen finns: i en ballong, ett bildäck eller en metallcylinder - den fyller hela volymen på kärlet där den är placerad.

Trycket i en gas uppstår av en helt annan anledning än trycket i en fast kropp. Det bildas som ett resultat av påverkan av molekyler på kärlets väggar.

Gasens tryck på kärlets väggar

När de rör sig slumpmässigt i rymden kolliderar gasmolekyler med varandra och med väggarna i kärlet där de befinner sig. Slagkraften för en molekyl är liten. Men eftersom det finns många molekyler, och de kolliderar med stor frekvens, skapar de ett betydande tryck, som verkar tillsammans på kärlets väggar. Om en fast kropp placeras i en gas utsätts den också för stötar av gasmolekyler.

Låt oss göra ett enkelt experiment. Under luftpumpens klocka placerar vi en bunden ballong, inte helt fylld med luft. Eftersom det är lite luft i den har bollen en oregelbunden form. När vi börjar pumpa ut luft under klockan kommer ballongen att börja blåsa upp. Efter ett tag kommer det att ta formen av en vanlig boll.

Vad hände med vår boll? När allt kommer omkring var den bunden, därför förblev mängden luft i den densamma.

Allt förklaras ganska enkelt. Under rörelsen kolliderar gasmolekylerna med kulans skal utanför och inuti det. Om luften pumpas ut ur klockan blir molekylerna mindre. Densiteten minskar, och därför minskar också frekvensen av molekylers nedslag på det yttre skalet. Följaktligen sjunker trycket utanför skalet. Och eftersom antalet molekyler inuti skalet förblir detsamma, överstiger det inre trycket det yttre. Gasen trycker på skalet från insidan. Och av denna anledning sväller den gradvis och tar formen av en boll.

Pascals lag för gaser

Gasmolekyler är mycket rörliga. På grund av detta överför de tryck inte bara i riktning mot kraften som orsakar detta tryck, utan jämnt i alla riktningar. Trycköverföringslagen formulerades av den franske vetenskapsmannen Blaise Pascal: Tryck som appliceras på en gas eller vätska överförs oförändrat till någon punkt i alla riktningar". Denna lag kallas hydrostatikens grundläggande lag - vetenskapen om vätska och gas i ett tillstånd av jämvikt.

Pascals lag bekräftas av erfarenhet med en enhet som kallas Pascals boll . Denna enhet är en boll av fast materia med små hål i den, ansluten till en cylinder längs vilken en kolv rör sig. Ballongen är fylld med rök. När den komprimeras av en kolv trycks rök ut ur kulans hål i lika stora strömmar.

Gastrycket beräknas med formeln:

Var e lin - genomsnittlig kinetisk energi för translationell rörelse hos gasmolekyler;

n - koncentration av molekyler

partiellt tryck. Daltons lag

I praktiken måste vi oftast mötas inte med rena gaser, utan med deras blandningar. Vi andas luft, som är en blandning av gaser. Bilavgaser är också en blandning. Ren koldioxid har inte använts vid svetsning på länge. Istället används även gasblandningar.

En gasblandning är en blandning av gaser som inte går in i kemiska reaktioner med varandra.

Trycket för en enskild komponent i en gasblandning kallas partiellt tryck .

Om vi ​​antar att alla gaser i blandningen är idealgaser, så bestäms blandningens tryck av Daltons lag: "Trycket hos en blandning av ideala gaser som inte interagerar kemiskt är lika med summan av partialtrycken."

Dess värde bestäms av formeln:

Varje gas i blandningen skapar ett partialtryck. Dess temperatur är lika med blandningens temperatur.

Trycket på en gas kan ändras genom att ändra dess densitet. Ju mer gas som pumpas in i en metallcylinder, desto fler molekyler kommer den att träffa väggarna och desto högre blir trycket. Följaktligen, genom att pumpa ut gasen, försämrar vi den, och trycket minskar.

Men trycket på en gas kan också ändras genom att ändra dess volym eller temperatur, det vill säga genom att komprimera gasen. Kompression utförs genom att utöva en kraft på en gasformig kropp. Som ett resultat av en sådan påverkan minskar volymen som upptas av den, trycket och temperaturen ökar.

Gasen komprimeras i motorcylindern när kolven rör sig. I produktionen skapas högt gastryck genom att komprimera det med hjälp av komplexa enheter - kompressorer som kan skapa tryck upp till flera tusen atmosfärer.

Tryckär förhållandet mellan kraften och den yta som kraften verkar på, N/m2.

Molekyler av gaser är ständigt i rörelse i en rak linje, i alla möjliga riktningar. När en gas är innesluten i ett kärl kolliderar molekylerna ständigt med kärlets väggar och skapar därigenom tryck. Sålunda är tryck den totala kraften från kollisionen av molekyler per ytenhet av kärlets yta. Vid uppvärmning ökar molekylernas rörelsehastighet, och med det ökar gasens tryck i kärlet.

Skilja på:

Arbetstryck- detta är trycket i kärlet vid vilket det kan drivas vid den faktiska temperaturen för arbetsmediet och omgivande luft.

Test tryckär det tryck vid vilket hydrauliska hållfasthetsprover utförs.

Absolut tryckär övertryck + atmosfärstryck.

övertryck- om trycket är större än atmosfärstrycket kallas det för högt, if Vakuumtryck (utloppstryck) när trycket är lägre än atmosfärstrycket.

Atmosfärstryck- atmosfärens tryck på alla föremål i den och jordens yta. Atmosfäriskt tryck skapas av luftens gravitationella attraktion till jorden. Atmosfärstrycket mäts med en barometer. Atmosfärstryck lika med trycket i en kvicksilverkolonn 760 mm hög. vid 0 °C kallas normalt atmosfärstryck.

Tryckenheter:

Atmosfärstrycket kan mätas inte bara genom höjden på kvicksilverkolonnen. Till exempel:

En fysisk atmosfär = 101325 Pa, eller 1,01325 kgf/cm2, eller 10,1325 mw, etc.

Den tekniska atmosfären är lika med exakt 100 000 Pa, det vill säga en teknisk atmosfär är ungefär lika med en fysisk atmosfär.

Måttenheter är relaterade:

1 teknisk atmosfär = 1 kgf/cm2 = 1 bar = 10 m.v. Konst. = 10000 mm w.st. = 760 mm. R. Konst. = 0,1 MPa = 1000 miles bar = 100 kPa.

Densitet- detta är förhållandet mellan kroppsmassa och dess volym, mätt i kg / m3.

Gasdensiteten i ångtillstånd, under normala förhållanden (temperatur 0 ° C och tryck 101.325 kPa):

Metan har 0,717 kg/m3;

Propan har 2,004 kg/m3;

Butan har 2,702 kg/m3;

För flytande kolvätegaser i flytande tillstånd, respektive:

Metan har 416 kg/m3 (0,4 kg/liter);

Propan har 528 kg/m3 (0,5 kg/liter);

Butan har 601 kg/m3 (0,6 kg/liter);

Jämfört med vattentätheten, lika med 1000 kg / m3 eller 1 kg / liter, visar det sig att gaser i flytande tillstånd är ungefär två gånger lättare än vatten.

Gasdensiteten i ångtillstånd, under standardförhållanden (temperatur +20 ° C och tryck 101.325 kPa):

Metan har 0,668 kg/m3;

Propan har 1,872 kg/m3;

Butan har 2,519 kg/m3;

Därför, med ökande temperatur, minskar densiteten av gaser!

Relativ densitetär gasens densitet i förhållande till luftens densitet, vilket är lika med 1,293 kg/m3.

Metan har 0,717 / 1,293 = 0,554 kg/m3;

Propan har 2,004/1,293=1,554 kg/m3;

Butan har 2.702/1.293= 2.090 kg/m3;

Därför är metan ungefär dubbelt så lätt som luft, och propan och butan är ungefär dubbelt så tungt som luft!

Temperaturär kroppens temperatur. Temperaturen på ett ämne bestämmer till stor del dess egenskaper. Till exempel ämnen som är flytande under normala förhållanden - när de värms upp förvandlas de till en gasform och när de kyls till ett fast ämne.

Absolut temperatur- detta är temperaturen vid vilken molekylär rörelse stannar, under vilken ingen kropp kan kylas, och den är lika med - 273,15 ° C.

Koktemperaturär den temperatur vid vilken ett ämne övergår från flytande till ångtillstånd. Butan (-0,5 °C), propan (-42 °C), metan (-161 °C).

förbränningstemperaturär den temperatur som utvecklas under fullständig förbränning av bränslet. För propan och butan, ungefär (+ 2110 ° С), för metan (+ 2045 ° С).

Självantändningstemperatur- den temperatur till vilken blandningen ska värmas så att ytterligare förbränning sker utan antändningskälla. För propan (500 - 590 °C), för butan (530 - 570 °C), för metan (550 - 800 °C).

Typer av skydd av stålgasledningar mot korrosion. Vad bör göras under utförandet av arbete med svetsning, på befintliga gasledningar, och innan arbete relaterade till separation av gasledningar utförs.

Alla stålrörledningar är utsatta för korrosion. Korrosion av rörens inre ytor beror på gasens egenskaper. Det ökade innehållet av syre, fukt, vätesulfid och andra aggressiva föreningar i gasen bidrar till utvecklingen av korrosion. Kampen mot inre korrosion handlar om att rena själva gasen.
Korrosion av de yttre ytorna av rör som läggs i marken är uppdelad i tre typer - kemisk, elektrokemisk, elektrisk.

Kemisk och elektrokemisk korrosion är förknippad med påverkan av jorden, elektrisk - med påverkan av ströströmmar i jorden, som rinner ner från rälsen på elektrifierade fordon.
Kemisk korrosion bestäms av graden av markfuktighet och närvaron av salter, syror, alkalier och organiska ämnen i jorden. Denna typ av korrosion åtföljs inte av elektriska processer. Rörets tjocklek minskar jämnt längs längden, vilket eliminerar risken för genomskador på röret. För att skydda rör från kemisk korrosion används en passiv skyddsmetod. Rörledningen är isolerad med bitumengummimastik eller polymertejper. I vår region används isolering av mycket förstärkt typ (primer, mastix, glasfiber, mastix, glasfiber, mastix, kraftpapper). Extruderad polyetenisolering kan också användas.

Elektrokemisk korrosion är resultatet av interaktionen mellan metallen, som spelar rollen som en elektrod, med aggressiva jordlösningar - elektrolyter. Metallen skickar positivt laddade joner (katjoner) in i jorden. Förlorar katjoner, förstörs metallen. Rörsektionen laddas negativt, och jorden är positivt laddad. Elektrokemisk korrosion kan leda till att det bildas genomgående hål i röret. För att skydda gasledningen från elektrokemisk korrosion används katodiskt (aktivt) skydd. En negativ potential från katodstationen appliceras på gasledningen. Den skyddade delen av rörledningen blir katodzonen. Magnesiumofferelektroder placerade nära rörledningen används som anod. Anoden, förlorar katjoner som går ner i jorden, förstörs. Katjoner kommer in i röret och sedan in i den elektriska kretsen. Förstörelsen av röret inträffar inte, eftersom dess katjoner inte lämnar det. En katodstation skyddar en del av gasledningen med en längd på 1-20 km. (beroende på antalet offerelektroder).

Det finns ett skyddande skydd mot elektrokemisk korrosion. Skillnaden mellan denna typ av skydd och den katodiska är att sektionen av gasledningen förvandlas till en katod utan katodstation. En metallstav placerad i marken bredvid gasledningen används som anodskydd. Den elektriska kretsen är densamma som för katodskydd. Den anodbelagda metallen är zink, magnesium och aluminiumlegeringar, som har en större negativ potential än järnmetaller. Skyddszonen för en slitbaneinstallation är upp till 70 meter.

Elektrisk korrosion, som redan nämnts, är förknippad med ströströmmar som flyter från rälsen för elektrifierad transport in i jorden. När man flyttar till den negativa polen på traktionsstationen kommer ströströmmar in i gasledningen på platser där isoleringen är skadad. Nära traktionstransformatorstationen lämnar herrelösa strömmar gasledningen i marken i form av katjoner, vilket leder till att metallen förstörs. Elektrisk korrosion är farligare än elektrokemisk. För att skydda mot elektrisk korrosion används elektrisk polariserad dränering.
Principen för dess funktion är att strömmen som har kommit in i gasledningen leds tillbaka till strömkällan.
För att skydda ovanjordiska gasledningar från korrosion appliceras färg- och lackbeläggningar på dem (två lager primer och två lager färg).

Vid utförande av arbete relaterat till användning av svetsning och hett arbete (inte tränger in i gasledningen - svetsning, byte av packningar för flänsförband etc.), måste gastrycket minskas till 40 - 200 mm. w.st. Om gastrycket avviker från de angivna parametrarna måste arbetet avbrytas tills orsakerna har identifierats och eliminerats.

När du utför arbete relaterat till frånkoppling av gasledningar är det nödvändigt att inaktivera aktivt skydd (om sådant finns) och installera en elektrisk bygel.

Fråga 1

De viktigaste bestämmelserna i IKT och deras experimentella belägg.?

1. Alla ämnen är sammansatta av molekyler, d.v.s. har en diskret struktur, molekylerna separeras av luckor.

2. Molekyler är i kontinuerlig slumpmässig (kaotisk) rörelse.

3. Mellan kroppens molekyler finns växelverkanskrafter.

Brownsk rörelse?.

Brownsk rörelse är den kontinuerliga slumpmässiga rörelsen av partiklar suspenderade i en gas.

Krafter av molekylär interaktion?.

Både attraktion och repulsion verkar samtidigt mellan molekyler. Naturen av interaktionen mellan molekyler är elektromagnetisk.

Kinetisk och potentiell energi hos molekyler?.

Atomer och molekyler interagerar och har därför en potentiell energi E p.

Potentiell energi anses vara positiv när molekyler stöts bort, negativ när de attraheras.

fråga 2

Dimensioner och massor av molekyler och atomer

Varje ämne består av partiklar, därför anses mängden ämne v (nu) vara proportionell mot antalet partiklar, det vill säga strukturella element som finns i kroppen.

Kvantitetsenheten för ett ämne är mullvad. En mol är mängden av ett ämne som innehåller lika många strukturella element av något ämne som det finns atomer i 12 g C12-kol. Förhållandet mellan antalet molekyler av ett ämne och mängden av ett ämne kallas Avogadro-konstanten:

N A =N/v(nu); N A \u003d 6,02 * 10 23 mol -1

Avogadro-konstanten visar hur många atomer och molekyler som finns i en mol av ett ämne. Molar massa - massan av en mol av ett ämne, lika med förhållandet mellan massan av ämnet och mängden av ämnet:

Molmassa uttrycks i kg/mol. Genom att känna till molmassan kan du beräkna massan av en molekyl:

m 0 \u003d m / N \u003d m / v (nu) N A \u003d M / N A

Medelmassan av molekyler bestäms vanligtvis med kemiska metoder, Avogadro-konstanten har bestämts med hög noggrannhet med flera fysikaliska metoder. Massorna av molekyler och atomer bestäms med en avsevärd grad av noggrannhet med hjälp av en masspektrograf.

Massorna av molekyler är mycket små. Till exempel massan av en vattenmolekyl: m = 29,9 * 10 -27

Molmassan är relaterad till den relativa molekylmassan Mg. Relativ molekylvikt är ett värde lika med förhållandet mellan massan av en molekyl av ett givet ämne och 1/12 av massan av en C12-kolatom. Om den kemiska formeln för ett ämne är känd, kan dess relativa massa bestämmas med hjälp av det periodiska systemet, som, uttryckt i kilogram, visar storleken på den molära massan av detta ämne.

Avogadros nummer

Avogadros tal, Avogadros konstant är en fysisk konstant numeriskt lika med antalet specificerade strukturella enheter (atomer, molekyler, joner, elektroner eller andra partiklar) i 1 mol av ett ämne. Definierat som antalet atomer i 12 gram (exakt) av den rena kol-12 isotopen. Det betecknas vanligtvis som N A, mer sällan som L

N A = 6,022 140 78(18)×1023 mol-1.

Antal mullvadar

Mullvad (symbol: mol, internationell: mol) är en måttenhet för mängden av ett ämne. Motsvarar mängden av ett ämne som innehåller N A-partiklar (molekyler, atomer, joner eller andra identiska strukturella partiklar). NA är Avogadros konstant, lika med antalet atomer i 12 gram av kolnukliden 12C. Således är antalet partiklar i en mol av något ämne konstant och lika med Avogadro-talet N A .

Molekylhastighet

Materiens tillstånd

Aggregerat tillstånd - ett tillstånd av materia som kännetecknas av vissa kvalitativa egenskaper: förmågan eller oförmågan att upprätthålla volym och form, närvaron eller frånvaron av lång- och kortdistansordning, och andra. En förändring i aggregationstillståndet kan åtföljas av en hoppliknande förändring i fri energi, entropi, densitet och andra grundläggande fysikaliska egenskaper.

Det finns tre huvudtillstånd för aggregation: fast, flytande och gas. Ibland är det inte helt korrekt att klassificera plasma som ett aggregationstillstånd. Det finns andra aggregationstillstånd, till exempel flytande kristaller eller Bose-Einstein-kondensat.

Fråga 3

Idealisk gas, gastryck

En idealgas är en gas där det inte finns någon interaktionskraft mellan molekyler.

Trycket i en gas beror på påverkan av molekyler. Tryckkraften under 1 sekund på en enhetsyta kallas gastryck.

P – gastryck [pa]

1 mmHg Konst. =133 Pa

P 0 (ro) \u003d 101325 Pa

P= 1/3*m 0 *n*V 2- den grundläggande ekvationen för MKT

n - koncentration av molekyler [m -3]

n=N/V- koncentration av molekyler

V 2 - rotmedelkvadrathastighet

P= 2/3*n*E K grundläggande ekvationer

P= n*k*T MKT

E K - kinetisk energi

E K = 3/2kT(kT-kote)