Выбор вещества :
Амилацетат Амилен н- Амиловый спирт Аммиак Анилин Ацетальдегид Ацетилен Ацетон Бензол н- Бутан Бензин авиационный Бензин А-72 Бензин АИ-93(летний) Бензин АИ-93(зимний) н- Бутилацетат н- Бутиловый спирт Винилхлорид Водород н- Гексадекан н- Гексан Гептан Гидразин Глицерин Декан Дизельное топливо (зимнее) Дизельное топливо (летнее) 1,2- Дихлорэтан Диэтиламин Диэтиловый эфир н- Додекан Изобутан Изобутиловый спирт Изопентан Изопропилбензол Изопропиловый спирт Керосин осветительный КО-20 Керосин осветительный КО-22 Керосин осветительный КО-25 Ксилол Масло трансформаторное Масло АМТ-300 Метан Метиловый спирт Метилпропилкетон Метилэтилкетон Нафталин н- Ноан Оксид углерода Оксид этилена н- Октан н- Пентадекан н- Пентан Пиридин Пропан Пропилен н- Пропиловый спирт Сероуглерод Стирол Тетрагидрофуран н- Тетрадекан Толуол н- Тридекан 2,2,4-Триметилпентан Уайт-спирит Уксусная кислота н- Ундекан Формальдегид Хлорбензол Хлорэтан Циклогексан Этан Этилацетат Этилбензол Этилен Этиленгликоль Этиловый спирт Этилцеллозольв
Плотность газов и паров при нормальных условиях
В таблице приведена плотность газов и паров при нормальных условиях – температуре 0°С и нормальном атмосферном давлении (760 мм. рт. ст.). Для некоторых газов, например газа стибина, плотность дана при температуре 15°С и давлении 754 мм. рт. ст.
Значение плотности газов в таблице указано в размерности кг/м3 для следующих газов и паров: азот N2, аммиак NH3, аргон Ar, ацетилен C2H2, бор фтористый BF3, бутан C4H10, водород: бромистый HBr, йодистый HI, мышьяковистый H3As, селенистый H2Se, сернистый H2S, теллуристый H2Te, фосфористый H3P, хлористый HCl, воздух, гелий He, германия тетрагидрид GeH4, диметиламин (CH3)2NH, дифтордихлорметан CF2Cl2, дициан C2N2, закись азота N
Плотность газов вычисляется, как отношение молярной массы газа к его молярному объему, который при 0°С и давлении 1 атм. равен 22,4 л/моль.
Следует отметить, что самым легким газом является водород — плотность этого газа при нормальных условиях равна 0,0899 кг/м3. Для удобства восприятия плотность газов приводят именно к плотности водорода, используя при этом относительную плотность по водороду. Например, относительная плотность газа азота N2 по водороду равна 13,9.
Наибольшую плотность имеет газ радон. Этот радиоактивный газ имеет плотность при нормальных условиях 9,73 кг/м3, а его относительная плотность по водороду составляет величину 108,2.
Необходимо отметить, что при увеличении давления газов и паров, их плотность увеличивается пропорционально.
Примечание: Для газов и паров, рядом со значением плотности которых, присутствует символ *, ее величина в таблице приведена при температуре 20°С.
Из анализа данных, представленных в таблице, видно, что плотность рассмотренных газов находится в диапазоне от 0,089 до 9,73 кг/м3.
Плотность газов в жидком и твердом состояниях при различных температурах
Значения плотности газов и паров в жидком и твердом состояниях приведены в таблице в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении. Величина плотности газов указана в основном при низких температурах (в интервале от -268 до 20°С), при которых они находятся в жидком, или твердом состояниях.
При низких температурах плотность некоторых газов сравнима с плотностью металлов.
Газы в твердом состоянии имеют плотность немногим больше, чем в жидком. Твердое состояние газа достигается при более низкой температуре.
Например, углекислый газ находится в виде жидкости при температуре -60°С (при атмосферном давлении), но уже при -79°С становиться твердым и имеет плотность 1530 кг/м
Плотность газов в таблице дана в т/м3 и приведена для следующих газов: азот N2, окись азота NO, аммиак NH3, аргон Ar, ацетилен C2H2, водород: сернистый H2S, фосфористый H3P, фтористый HF, хлористый HCl, воздух, гелий He, криптон Kr, ксенон Xe, кислород O2, метан CH4, метилхлорид CH3Cl, неон Ne, озон O3, сера двуокись SO2, углерод: двуокись CO2, окись CO, фтор F2, хлор Cl2, этан C2H6, этилен C2H4.
Источник:
Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.
Свойства газов (стр. 3 из 5)
С одной стороны, в сильно сжатых газах размеры самих молекул являются сравнимыми с расстояниями между молекулами. Таким образом, свободное пространство, в котором движутся молекулы, меньше, чем полный объем газа. Это обстоятельство увеличивает число ударов молекул в стенку, так как благодаря ему сокращается расстояние, которое должна пролететь молекула, чтобы достигнуть стенки.
С другой стороны в сильно сжатом и, следовательно, более плотном газе молекулы заметно притягиваются к другим молекулам гораздо большую часть времени, чем молекулы в разреженном газе. Это, наоборот, уменьшает число ударов молекул в стенку, так как при наличии притяжения к другим молекулам молекулы газа движутся по направлению к стенке с меньшей скоростью, чем при отсутствии притяжения. При не слишком больших давлениях. более существенным является второе обстоятельство и произведение PV немного уменьшается. При очень высоких давлениях большую роль играет первое обстоятельство и произведение PV увеличивается.
Итак, и сам закон Бойля — Мариотта и отступления от него подтверждают молекулярную теорию.
Изменение объема газа при изменении температуры
Мы изучали, как зависит давление некоторой массы газа от температуры, если объём остается неизменным, и от объема, занимаемого газом, если температура остается неизменной. Теперь установим, как ведет себя газ, если меняются его температура и объем, а давление остается постоянным.
Рассмотрим такой опыт. Коснемся Ладонью сосуда, изображенного на рис., в котором горизонтальный столбик ртути запирает некоторую массу воздуха. Газ в сосуде нагреется, его давление повысится, и ртутный столбик начнет перемещаться вправо. Движение столбика прекратится, когда благодаря увеличению объема воздуха в сосуде давление его сделается равным наружному. Таким образом, в конечном результате этого опыта объем воздуха при нагревании увеличился, а давление осталось неизменным.
Если бы мы знали, как изменилась в нашем опыте температура воздуха в сосуде, и точно измерили, как меняется объем Газа, мы могли бы изучить это явление с количественной стороны. Очевидно, что для этого надо заключить сосуд в оболочку, заботясь о том, чтобы все части прибора имели одну и ту же температуру, точно измерить объем запертой массы газа, затем изменить эту температуру и измерить приращение объема газа.
Закон Гей-Люссака.
Количественное Исследование зависимости объема газа от температуры при неизменном давлении было произведено французским физиком и химиком Гей-Люссаком (1778—1850) в 1802 г.
Опыты показали, что увеличение объема газа пропорционально приращению температуры. Поэтому тепловое расширение газа можно, так же, как и для других тел, охарактеризовать при помощи коэффициента объемного расширения b. Оказалось, что для газов этот закон соблюдается гораздо лучше, чем для твердых и жидких тел, так что коэффициент объемного расширения газов есть величина, практически постоянная даже при очень значительных повышениях Температуры, тогда как для жидких и твердых тел это; постоянство соблюдается лишь приблизительно.
Отсюда найдем:
(4)Опыты Гей-Люссака и других обнаружили замечательный результат. Оказалось, что коэффициент объемного расширения у всех газов одинаков (точнее, почти одинаков) и равняется (1/273)град-1= =0,00366град-1. Таким образом, при нагревании при постоянном давлении на1° объем некоторой массы газа увеличивается на 1/273 того объема, который эта масса газа занимала при 0°С (закон Гей—Люссака).
Как видно, коэффициент расширения газов совпадает с их термическим коэффициентом давления.
Следует отметить, что тепловое расширение газов весьма значительно, так что объем газа V0 при 0°С заметно отличается от объема при иной, например при комнатной, температуре. Поэтому, как уже упоминалось, в случае газов нельзя без заметной ошибки заменить в формуле (4) объем V0 объемом V. В соответствии с этим формуле расширения для газов удобно придать следующий вид. За начальный объем примем объем V0 при температуре 0°С. В таком случае приращение температуры газа t равно температуре, отсчитанной по шкале Цельсия t. Следовательно, коэффициент объемного расширения
откуда (5)Так как
То
(6)Формула (6) может служить для вычисления объема как при температуре выше00C , так и при температуре ниже 0°С. В этом последнем случае I отрицательно. Следует, однако, иметь ввиду, что закон Гей-Люссака не оправдывается, когда газ сильно сжат или настолько охлажден, что он приближается к состоянию сжижения. В этом случае пользоваться формулой (6) нельзя.
Графики, выражающие законы Шарля и Гей-Люссака
Будем по оси абсцисс откладывать температуру газа, находящегося в постоянном объеме, а по оси ординат — его давление. Пусть при 0°С давление газа равно 1 кг/см2. Пользуясь законом Шарля, мы можем вычислить его давление при 1000С, при 200°С, при 300°С и т. д.
0° 100° 200° 300° 400° 500°
Давление (в кг1см2) 1 1,37 1,73 2,10 2,47 2,83
Нанесем эти данные на график. Мы получим наклонную прямую линию. Мы можем продолжить этот график и в сторону отрицательных температур. Однако, как уже было указано, закон Шарля применим только до температур не очень низких. Поэтому продолжение графика до пересечения с осью абсцисс, т. е. до точки, где давление равно нулю, не будет соответствовать поведению реального газа.
Абсолютная температура
Легко видеть, что давление газа, заключенного в постоянный объем, не является прямо пропорциональным температуре, отсчитанной по Шкале Цельсия. Это ясно, например, из таблицы, приведенной в предыдущей главе. Если при 100° С давление газа равно 1,37 кг1см2, то при 200° С оно равно 1,73 кг/см2. Температура, отсчитанная по термометру Цельсия, увеличилась вдвое, а давление газа увеличилось только в 1,26 раза. Ничего удивительного, конечно, в этом нет, ибо шкала термометра Цельсия установлена условно, без всякой связи с законами расширения газа. Можно, однако, пользуясь газовыми законами, установить такую шкалу температур, что давление газа будет прямо пропорционально температуре, измеренной по этой новой шкале. Нуль в этой новой шкале называют абсолютным нулем. Это название принято потому, что, как было доказано английским физиком Кельвином (Вильямом Томсоном) (1824—1907), ни одно тело не может быть охлаждено ниже этой температуры.
В соответствии с этим и эту новую шкалу называют шкалой абсолютных температур. Таким образом, абсолютный нуль указывает температуру, равную -273° по шкале Цельсия, и представляет собой температуру, ниже которой не может быть ни при каких условиях охлаждено ни одно тело. Температура, выражающаяся цифрой 273°+t1 представляет собой абсолютную температуру тела, имеющего по шкале Цельсия температуру, равнуюt1. Обычно абсолютные температуры обозначают буквой Т. Таким образом, 2730+t1=T1. Шкалу абсолютных температур часто, называют шкалой Кельвина и записывают Т° К. На основании сказанного
(7)Полученный результат можно выразить словами: давление данной массы газа, заключенной в постоянный объем, прямо пропорционально абсолютной температуре. Это — новое выражение закона Шарля.
Формулой (6) удобно пользоваться и в том случае, когда давление при 0°С неизвестно.
Объем газа и абсолютная температура
Из формулы (6), можно получить следующую формулу:
(8)
— объем некоторой массы газа при постоянном давлении прямо пропорционален абсолютной температуре. Это — новое выражение закона Гей-Люссака.
Зависимость плотности газа от температуры
Что происходит с плотностью некоторой массы газа, если температура повышается, а давление остается неизменным?
Вспомним, что плотность равна массе тела, деленной на объем. Так как масса газа постоянна, то при нагревании плотность газа уменьшается вот столько раз, во сколько увеличился объем.
Как мы знаем, объем газа прямо пропорционален абсолютной температуре, если давление остается постоянным. Следовательно, плотность газа при неизменном давлении обратно пропорциональна абсолютной температуре. Если d1 и d2— плотности газа при температурах t1 и t2, то имеет место соотношение
(9)Объединенный закон газового состояния
Мы рассматривали случаи, когда одна из трех величин, характеризующих состояние газа (давление, температура и объем), не изменяется. Мы видели, что если температура постоянна, то давление и объем связаны друг с другом законом Бойля— Мариотта; если объем постоянен, то давление и температура связаны законом Шарля; если постоянно давление, то объем и температура связаны законом Гей-Люссака. Установим связь между давлением, объемом и температурой некоторой массы газа, если изменяются все три эти величины.
Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев
Темы кодификатора ЕГЭ: насыщенные и ненасыщенные пары, влажность воздуха.
Если открытый стакан с водой оставить на долгое время, то в конце концов вода полностью улетучится. Точнее — испарится. Что такое испарение и почему оно происходит?
Испарение и конденсация
При данной температуре молекулы жидкости обладают разными скоростями. Скорости большинства молекул находятся вблизи некоторого среднего значения (характерного для этой температуры). Но попадаются молекулы, скорости которых значительно отличаются от средней как в меньшую, так и большую сторону.
На рис. 1 изображён примерный график распределения молекул жидкости по скоростям. Голубым фоном показано то самое большинство молекул, скорости которых группируются около среднего значения. Красный «хвост» графика — это небольшое число «быстрых» молекул, скорости которых существенно превышают среднюю скорость основной массы молекул жидкости.
Рис. 1. Распределение молекул по скоростям
Когда такая весьма быстрая молекула окажется на свободной поверхности жидкости (т.е. на границе раздела жидкости и воздуха), кинетической энергии этой молекулы может хватить на то, чтобы преодолеть силы притяжения остальных молекул и вылететь из жидкости. Данный процесс и есть
Итак, испарение — это процесс превращения жидкости в пар, происходящий на свободной поверхности жидкости (при особых условиях превращение жидкости в пар может происходить по всему объёму жидкости. Данный процесс вам хорошо известен — это кипение).
Может случиться, что через некоторое время молекула пара вернётся обратно в жидкость.
Процесс перехода молекул пара в жидкость называется конденсацией. Конденсация пара — процесс, обратный испарению жидкости.
Динамическое равновесие
А что будет, если сосуд с жидкостью герметично закрыть? Плотность пара над поверхностью жидкости начнёт увеличиваться; частицы пара будут всё сильнее мешать другим молекулам жидкости вылетать наружу, и скорость испарения станет уменьшаться. Одновременно начнёт увеличиваться скорость конденсации, так как с возрастанием концентрации пара число молекул, возвращающихся в жидкость, будет становиться всё больше.
Наконец, в какой-то момент скорость конденсации окажется равна скорости испарения. Наступит динамическое равновесие между жидкостью и паром: за единицу времени из жидкости будет вылетать столько же молекул, сколько возвращается в неё из пара. Начиная с этого момента количество жидкости перестанет убывать, а количество пара — увеличиваться; пар достигнет «насыщения».
Насыщенный пар — это пар, который находится в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью. Пар, не достигший состояния динамического равновесия с жидкостью, называется ненасыщенным.
Давление и плотность насыщенного пара обозначаются и . Очевидно, и — это максимальные давление и плотность, которые может иметь пар при данной температуре. Иными словами, давление и плотность насыщенного пара всегда превышают давление и плотность ненасыщенного пара.
Свойства насыщенного пара
Оказывается, что состояние насыщенного пара (а ненасыщенного — тем более) можно приближённо описывать уравнением состояния идеального газа (уравнением Менделеева — Клапейрона). В частности, имеем приближённое соотношение между давлением насыщенного пара и его плотностью:
(1)
Это весьма удивительный факт, подтверждаемый экспериментом. Ведь по своим свойствам насыщенный пар существенно отличается от идеального газа. Перечислим важнейшие из этих отличий.
1. При неизменной температуре плотность насыщенного пара не зависит от его объёма.
Если, например, насыщенный пар изотермически сжимать, то его плотность в первый момент возрастёт, скорость конденсации превысит скорость испарения, и часть пара конденсируется в жидкость — до тех пор, пока вновь не наступит динамическое равновесие, в котором плотность пара вернётся к своему прежнему значению.
Аналогично, при изотермическом расширении насыщенного пара его плотность в первый момент уменьшится (пар станет ненасыщенным), скорость испарения превысит скорость конденсации, и жидкость будет дополнительно испаряться до тех пор, пока опять не установится динамическое равновесие — т.е. пока пар снова не станет насыщенным с прежним значением плотности.
2. Давление насыщенного пара не зависит от его объёма.
Это следует из того, что плотность насыщенного пара не зависит от объёма, а давление однозначно связано с плотностью уравнением (1).
Как видим, закон Бойля — Мариотта, справедливый для идеальных газов, для насыщенного пара не выполняется. Это и не удивительно — ведь он получен из уравнения Менделеева — Клапейрона в предположении, что масса газа остаётся постоянной.
3. При неизменном объёме плотность насыщенного пара растёт с повышением температуры и уменьшается с понижением температуры.
Действительно, при увеличении температуры возрастает скорость испарения жидкости.
Динамическое равновесие в первый момент нарушается, и происходит дополнительное испарение некоторой части жидкости. Пара будет прибавляться до тех пор, пока динамическое равновесие вновь не восстановится.
Точно так же при понижении температуры скорость испарения жидкости становится меньше, и часть пара конденсируется до тех пор, пока не восстановится динамическое равновесие — но уже с меньшим количеством пара.
Таким образом, при изохорном нагревании или охлаждении насыщенного пара его масса меняется, поэтому закон Шарля в данном случае не работает. Зависимость давления насыщенного пара от температуры уже не будет линейной функцией.
4. Давление насыщенного пара растёт с температурой быстрее, чем по линейному закону.
В самом деле, с увеличением температуры возрастает плотность насыщенного пара, а согласно уравнению (1) давление пропорционально произведению плотности на температуру.
Зависимость давления насыщенного пара от температуры является экспоненциальной (рис. 2). Она представлена участком 1–2 графика. Эту зависимость нельзя вывести из законов идеального газа.
Рис. 2. Зависимость давления пара от температуры
В точке 2 вся жидкость испаряется; при дальнейшем повышении температуры пар становится ненасыщенным, и его давление растёт линейно по закону Шарля (участок 2–3).
Вспомним, что линейный рост давления идеального газа вызван увеличением интенсивности ударов молекул о стенки сосуда. В случае нагревания насыщенного пара молекулы начинают бить не только сильнее, но и чаще — ведь пара становится больше. Одновременным действием этих двух факторов и вызван экспоненциальный рост давления насыщенного пара.
Влажность воздуха
Воздух, содержащий водяной пар, называется влажным.Чем больше пара находится в воздухе, тем выше влажность воздуха.
Абсолютная влажность — это парциальное давление водяного пара, находящегося в воздухе (т. е. давление, которое водяной пар оказывал бы сам по себе, в отсутствие других газов). Иногда абсолютной влажностью называют также плотность водяного пара в воздухе.
Относительная влажность воздуха — это отношение парциального давления водяного пара в нём к давлению насыщенного водяного пара при той же температуре. Как правило, это отношение выражают в процентах:
Из уравнения Менделеева-Клапейрона (1) следует, что отношение давлений пара равно отношению плотностей. Так как само уравнение (1), напомним, описывает насыщенный пар лишь приближённо, мы имеем приближённое соотношение:
Одним из приборов, измеряющих влажность воздуха, является психрометр. Он включает в себя два термометра, резервуар одного из которых завёрнут в мокрую ткань. Чем ниже влажность, тем интенсивнее идёт испарение воды из ткани, тем сильнее охлаждается резервуар «мокрого» термометра, и тем больше разность его показаний и показаний сухого термометра. По этой разности с помощью специальной психрометрической таблицы определяют влажность воздуха.
Глава 13. Газовые законы
Задачи на газовые законы часто предлагаются школьникам на едином государственном экзамене. Для решения этих задач вполне достаточно знать уравнение состояния идеального газа (закон Клапейрона-Менделеева) и уметь использовать его алгебраически и геометрически (для построения графиков зависимости одних параметров газа от других) в простейших ситуациях. Кроме того, нужно понимать, как описываются смеси идеальных газов (закон Дальтона).
Уравнение, связывающее параметры газа друг с другом, называется уравнением состояния. Для идеального газа, взаимодействие молекул которого мало, уравнение состояния имеет вид
(13.1) |
где — давление газа, — концентрация молекул газа (число молекул в единице объема), — постоянная Больцмана, — абсолютная (в шкале Кельвина) температура. Учитывая, что , где — число молекул газа, — объем сосуда, в котором находится газ (часто говорят объем газа), получим из (13.1)
(13.2) |
Число молекул можно связать с количеством вещества газа : , где — число Авогадро. Поэтому формулу (13.2) можно переписать в виде
(13.2) |
где произведение постоянных Авогадро и Больцмана обозначено как . Постоянная = 8,31 Дж/(К•моль) называется универсальной газовой постоянной. Количество вещества газа можно также выразить через его массу и молярную массу этого газа
(13.3) |
С учетом (13.3) закон (13.2) можно переписать и в таком виде
(13.4) |
Уравнение состояния идеального газа (13.1)-(13.4), которое также называется уравнением (или законом) Клапейрона-Менделеева, позволяет связывать параметры идеального газа и проследить за их изменением в тех или иных процессах.
В школьном курсе физики рассматриваются три изопроцесса, в которых один из трех параметров газа (давление, температура и объем) не изменяется. В изобарическом процессе не изменяется давление газа, в изотермическом — температура, в изохорическом — объем. Изопроцессам отвечают следующие графики зависимости давления от объема, давления от температуры, объема от температуры.
Для изобарического процесса
Первые два графика очевидны. Последний получается так. Из закона Клапейрона-Менделеева следует, что зависимость объема от температуры при постоянном давлении имеет вид
(13.5) |
где — постоянная. Графиком функции (13.5) является прямая, продолжение которой проходит через начало координат.
Для изохорического процесса
Второй график следует из соотношения
(13.6) |
где — постоянная при постоянном объеме.
Для изотермического процесса
Первый график следует из закона Клапейрона-Менделеева, который при постоянной температуре газа можно привести к виду
(13.7) |
где — постоянная. Отсюда следует, что графиком зависимости от в изотермическом процессе является гипербола.
Важнейшее свойство уравнения состояния идеального газа (13.1)-(13.4) заключается в том, что «индивидуальность» газа никак не проявляется в этих законах — единственный параметр собственно газа, входящий в уравнение состояния, — это число молекул. Например, 1 моль гелия и 1 моль азота, находящиеся в одинаковых объемах и имеющие одинаковые температуры, оказывают одинаковое давление. Отсюда следует, что и давление смеси идеальных газов определяется суммарным числом молекул всех компонент смеси:
(13.8) |
где — число молекул первой, второй, третьей и т.д. компонент смеси, — постоянная Больцмана, — абсолютная температура смеси, — объем сосуда. Величины , имеющие смысл давления каждой компоненты смеси при условии, что она имела бы такую же температуру и занимала бы весь объем, называются парциальными давлениями компонент. Закон (13.8) называется законом Дальтона. Рассмотрим теперь в рамках этих законов предложенные выше задачи.
В задаче 13.1.1 из уравнения состояния в форме (13.1), получаем для давления в конце процесса :
т.е. давление газа увеличилось в 6 раз (ответ 1).
Применяя закон Клапейрона-Менделеева (13.2) к первому и второму газам (задача 13.1.2), получаем
где — искомый объем. Сравнивая первую и вторую формулы, заключаем, что (ответ 1).
Закон Клапейрона-Менделеева для газа в начальном и конечном состояниях (задача 13.1.3) дает
где — неизвестная температура. Из сравнения этих формул получаем , т.е. температуру газа в сосуде нужно повысить вдвое (ответ 2).
Из закона Клапейрона-Менделеева для начального и конечного состояний газа в задаче 13.1.4 имеем
Отсюда , т.е. количество вещества газа в сосуде увеличилось в 1,25 раза (ответ 3).
Первым, кто понял, почему жидкость поднимается вместе с трубкой (задача 13.1.5), и почему «природа боится пустоты» (Аристотель), но только до определенного предела, был знаменитый итальянский физик, современник Г. Галилея Э. Торричелли. Давайте рассмотрим рассуждения Торричелли подробно. Основная идея Торричелли заключалась в том, что атмосферный воздух оказывает давление на все поверхности, с которыми он контактирует. В равновесии жидкость занимает такое положение, чтобы все воздействия на каждый ее элемент компенсировались. Если бы трубка была открыта (см. левый рисунок), то жидкость не поднялась бы в трубке. Действительно, в этом случае на бесконечно малый элемент жидкости в трубке около поверхности (выделен на рисунке) действовали бы сила со стороны атмосферного воздуха в трубке, направленная вниз. С другой стороны, атмосферный воздух действует и на остальную поверхность жидкости, и это воздействие благодаря закону Паскаля передается выделенному элементу жидкости в трубке снизу. Таким образом, воздействие воздуха на поверхность жидкости в трубке и на свободную поверхность жидкости компенсируют друг друга, если уровень жидкости в трубке совпадает с уровнем жидкости в остальном сосуде. Если же мы поднимаем трубку, выпустив из нее воздух, на рассматриваемый элемент жидкости воздух сверху не действует (его нет в трубке), поэтому воздействие воздуха на свободную поверхность жидкости приведет к тому, что жидкость войдет в трубку и заполнит ее. При вытаскивании трубки жидкость будет подниматься вслед за ней. Однако при дальнейшем поднятии трубки наступит такой момент, когда воздействие воздуха на свободную поверхность и столба жидкости в трубке сравняются (в этот момент атмосферное давление будет равно гидростатическому давлению жидкости в трубке на уровне свободной поверхности). Дальнейший подъем трубки уже не приведет к поднятию жидкости — атмосферное давление не сможет «держать» столб жидкости большей высоты. Для воды этот столб составляет около 10 м, для ртути, с которой и экспериментировал Э. Торричелли, — 76 сантиметров. Таким образом, жидкость в трубке поднимается благодаря давлению атмосферного воздуха на поверхность воды в сосуде и закону Паскаля (ответ 4).
Сравнивая графики процессов 1, 2, 3 и 4, данные в условии задачи 13.1.6, с графиками изопроцессов, приведенными во введении к настоящей главе, заключаем, что: процесс 1 — изотермический, 2 — изохорический, 3 — изобарический. В процесс 4 меняются и давление, и объем, и температура газа (ответ 4). |
В изотермическом процессе давление зависит от объема как ; на диаграмме этот процесс изображается гиперболой. Поэтому изотермическими являются процессы 1 и 3 (задача 13.1.7), но в процессе 1 объем газа убывает. Следовательно, изотермическим расширением является процесс 3 (ответ 3). |
Изохорическим охлаждением в задаче 13.1.8 является процесс 4 (см. рисунок) В двух последних задачах этого варианта нужно с помощью закона Клапейрона-Менделеева вычислить один из параметров газа, если даны остальные параметры. В задаче 13.1.9 из закона Клапейрона-Менделеева |
получим
(ответ 1).
В задаче 13.1.10 при вычислениях следует не забыть перевести температуру газа в Кельвины. Из закона Клапейрона-Менделеева находим
(ответ 1).
Из уравнения состояния в форме (13.2) следует, что при одинаковых объемах и температурах давление идеального газа определяется только полным числом молекул. Поэтому отношение давления водорода и гелия в задаче 13.2.1 равно 2 (ответ 2).
Поскольку перегородка в задаче 13.2.2 подвижная и находится в равновесии, давления газа в отсеках сосуда слева и справа от перегородки равны. Применяя к ним при этом условии закон Клапейрона-Менделеева, получим
для гелия |
для азота |
где температуры и массы газов по условию одинаковы. Деля эти уравнения друг на друга, находим отношение объемов частей сосуда
(ответ 4).
Если бы точки, отвечающие состояниям 1 и 2 в задаче 13.2.3, лежали на одной прямой, продолжение которой проходит через начало координат, то эти состояния принадлежали бы одной и той же изохоре, и, следовательно, объем газа в этих состояниях был одинаковым (см. формулу (13.6)). Поэтому для сравнения объемов этих состояний построим изохоры, проходящие через точки 1 и 2, и сравним отвечающие им объемы (см. рисунок; изохоры, проходящие через точки 1 и 2, показаны пунктиром).
Из формулы (13.6) следует, что чем больше объем, тем меньше коэффициент перед в зависимости (13.6), и, следовательно, меньше наклон соответствующей изохоры к оси температур. Поэтому изохоре 1 отвечает больший объем, чем изохоре 2, и, следовательно, объем газа в процессе 1-2 уменьшается (ответ 2).
Аналогичные рассуждения в задаче 13.2.4 показывают, что наибольшему давлению отвечает изобара, проходящая через точку (поскольку соответствующая прямая имеет наименьший наклон к оси температур; см. рисунок ниже). Поэтому правильный ответ в этой задаче — 3.
В закон Клапейрона-Менделеева входит абсолютная температура газа, поэтому данные в задаче 13.2.5 значения нужно перевести в Кельвины. В результате для отношения давлений газа в конечном и начальном состояниях получаем
(ответ 4).
Как следует из опыта, при приведении тел в тепловой контакт выравниваются их температуры. Это же касается и частей одного тела или даже компонент смеси газов (задача 13.2.6). Поэтому температуры компонент смеси будут одинаковы (ответ 1). Что касается парциальных давлений, плотностей или концентрации компонент смеси, то их значения зависят от количества молекул каждой компоненты смеси и могут быть различны.
Парциальное давление компонент смеси – это давление, которое оказывают только молекулы каждой компоненты. Как следует из формулы (13.8) парциальное давление любой компоненты можно найти, применяя только к ней закон Клапейрона-Менделеева и считая, что она имеет такую же температуру, как и вся смесь, и занимает такай же объем, как и вся смесь газов. Поэтому отношение парциальных давлений отдельных компонент смеси равно отношению количеств вещества (или числа молекул) этих компонент. Поэтому для отношения парциальных давлений углекислого газа и гелия в сосуде в задаче 13.2.7 имеем (ответ 2).
Как следует из закона Дальтона, давление смеси газов определяется полным количеством молекул в ней. Поэтому для анализа изменения давления смеси газов при протекании в ней химической реакции (задача 13.2.8) необходимо исследовать изменение числа молекул. Гелий не участвует в химической реакции — один моль гелия был и в начальном, и в конечном состоянии смеси. С озоном происходила реакция
т.е. из двух молекул озона в результате реакции получились три молекулы кислорода. Поэтому два моля озона превратились в три моля кислорода, и общее количество вещества смеси стало равно четырем молям. Поэтому давление смеси увеличивается в 4/3 раза (ответ 2).
Поскольку объемы и температуры газов одинаковы (задача 13.2.9), для сравнения их давлений необходимо сравнить число молекул в них. По условию в одном сосуде находится один моль азота, в другом 1 г водорода (т.е. половина моля) и 3 • 1023 молекул гелия (тоже половина моля). Поэтому и в одном и в другом сосуде находятся одинаковые количества молекул, и, следовательно, давление газов в них одинаково (ответ 3).
Плотность газа (задача 13.2.10) можно найти из следующей цепочки формул
(ответ 4). Здесь — масса газа, — масса одной молекулы газа.
Элементы механики газа Влияние на плотность газа
- Главная
- О сайте
- Политика защиты авторских прав
- Контакты
Advertisements
Рассмотрены основные физические свойства воздуха: плотность воздуха, его динамическая и кинематическая вязкость, удельная теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность, число Прандтля и энтропия. Свойства воздуха даны в таблицах в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении.
Плотность воздуха в зависимости от температуры
Представлена подробная таблица значений плотности воздуха в сухом состоянии при различных температурах и нормальном атмосферном давлении. Чему равна плотность воздуха? Аналитически определить плотность воздуха можно, если разделить его массу на объем, который он занимает при заданных условиях (давление, температура и влажность). Также можно вычислить его плотность по формуле уравнения состояния идеального газа. Для этого необходимо знать абсолютное давление и температуру воздуха, а также его газовую постоянную и молярный объем. Это уравнение позволяет вычислить плотность воздуха в сухом состоянии.
На практике, чтобы узнать какова плотность воздуха при различных температурах, удобно воспользоваться готовыми таблицами. Например, приведенной таблицей значений плотности атмосферного воздуха в зависимости от его температуры. Плотность воздуха в таблице выражена в килограммах на кубический метр и дана в интервале температуры от минус 50 до 1200 градусов Цельсия при нормальном атмосферном давлении (101325 Па).
| t, °С | ρ, кг/м3 | t, °С | ρ, кг/м3 | t, °С | ρ, кг/м3 | t, °С | ρ, кг/м3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1,584 | 20 | 1,205 | 150 | 0,835 | 600 | 0,404 |
| -45 | 1,549 | 30 | 1,165 | 160 | 0,815 | 650 | 0,383 |
| -40 | 1,515 | 40 | 1,128 | 170 | 0,797 | 700 | 0,362 |
| -35 | 1,484 | 50 | 1,093 | 180 | 0,779 | 750 | 0,346 |
| -30 | 1,453 | 60 | 1,06 | 190 | 0,763 | 800 | 0,329 |
| -25 | 1,424 | 70 | 1,029 | 200 | 0,746 | 850 | 0,315 |
| -20 | 1,395 | 80 | 1 | 250 | 0,674 | 900 | 0,301 |
| -15 | 1,369 | 90 | 0,972 | 300 | 0,615 | 950 | 0,289 |
| -10 | 1,342 | 100 | 0,946 | 350 | 0,566 | 1000 | 0,277 |
| -5 | 1,318 | 110 | 0,922 | 400 | 0,524 | 1050 | 0,267 |
| 0 | 1,293 | 120 | 0,898 | 450 | 0,49 | 1100 | 0,257 |
| 10 | 1,247 | 130 | 0,876 | 500 | 0,456 | 1150 | 0,248 |
| 15 | 1,226 | 140 | 0,854 | 550 | 0,43 | 1200 | 0,239 |
При 25°С воздух имеет плотность 1,185 кг/м3. При нагревании плотность воздуха снижается — воздух расширяется (его удельный объем увеличивается). С ростом температуры, например до 1200°С, достигается очень низкая плотность воздуха, равная 0,239 кг/м3, что в 5 раз меньше ее значения при комнатной температуре. В общем случае, снижение плотности газов при нагреве позволяет проходить такому процессу, как естественная конвекция и применяется, например, в воздухоплавании.
Если сравнить плотность воздуха относительно плотности воды, то воздух легче на три порядка — при температуре 4°С плотность воды равна 1000 кг/м3, а плотность воздуха составляет 1,27 кг/м3. Необходимо также отметить значение плотности воздуха при нормальных условиях. Нормальными условиями для газов являются такие, при которых их температура равна 0°С, а давление равно нормальному атмосферному. Таким образом, согласно таблице, плотность воздуха при нормальных условиях (при НУ) равна 1,293 кг/м3.
Динамическая и кинематическая вязкость воздуха при различных температурах
При выполнении тепловых расчетов необходимо знать значение вязкости воздуха (коэффициента вязкости) при различной температуре. Эта величина требуется для вычисления числа Рейнольдса, Грасгофа, Релея, значения которых определяют режим течения этого газа. В таблице даны значения коэффициентов динамической μ и кинематической ν вязкости воздуха в диапазоне температуры от -50 до 1200°С при атмосферном давлении.
Коэффициент вязкости воздуха с ростом его температуры значительно увеличивается. Например, кинематическая вязкость воздуха равна 15,06·10-6 м2/с при температуре 20°С, а с ростом температуры до 1200°С вязкость воздуха становиться равной 233,7·10-6 м2/с, то есть увеличивается в 15,5 раз! Динамическая вязкость воздуха при температуре 20°С равна 18,1·10-6 Па·с.
При нагревании воздуха увеличиваются значения как кинематической, так и динамической вязкости. Эти две величины связаны между собой через величину плотности воздуха, значение которой уменьшается при нагревании этого газа. Увеличение кинематической и динамической вязкости воздуха (как и других газов) при нагреве связано с более интенсивным колебанием молекул воздуха вокруг их равновесного состояния (согласно МКТ).
| t, °С | μ·106, Па·с | ν·106, м2/с | t, °С | μ·106, Па·с | ν·106, м2/с | t, °С | μ·106, Па·с | ν·106, м2/с |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 14,6 | 9,23 | 70 | 20,6 | 20,02 | 350 | 31,4 | 55,46 |
| -45 | 14,9 | 9,64 | 80 | 21,1 | 21,09 | 400 | 33 | 63,09 |
| -40 | 15,2 | 10,04 | 90 | 21,5 | 22,1 | 450 | 34,6 | 69,28 |
| -35 | 15,5 | 10,42 | 100 | 21,9 | 23,13 | 500 | 36,2 | 79,38 |
| -30 | 15,7 | 10,8 | 110 | 22,4 | 24,3 | 550 | 37,7 | 88,14 |
| -25 | 16 | 11,21 | 120 | 22,8 | 25,45 | 600 | 39,1 | 96,89 |
| -20 | 16,2 | 11,61 | 130 | 23,3 | 26,63 | 650 | 40,5 | 106,15 |
| -15 | 16,5 | 12,02 | 140 | 23,7 | 27,8 | 700 | 41,8 | 115,4 |
| -10 | 16,7 | 12,43 | 150 | 24,1 | 28,95 | 750 | 43,1 | 125,1 |
| -5 | 17 | 12,86 | 160 | 24,5 | 30,09 | 800 | 44,3 | 134,8 |
| 0 | 17,2 | 13,28 | 170 | 24,9 | 31,29 | 850 | 45,5 | 145 |
| 10 | 17,6 | 14,16 | 180 | 25,3 | 32,49 | 900 | 46,7 | 155,1 |
| 15 | 17,9 | 14,61 | 190 | 25,7 | 33,67 | 950 | 47,9 | 166,1 |
| 20 | 18,1 | 15,06 | 200 | 26 | 34,85 | 1000 | 49 | 177,1 |
| 30 | 18,6 | 16 | 225 | 26,7 | 37,73 | 1050 | 50,1 | 188,2 |
| 40 | 19,1 | 16,96 | 250 | 27,4 | 40,61 | 1100 | 51,2 | 199,3 |
| 50 | 19,6 | 17,95 | 300 | 29,7 | 48,33 | 1150 | 52,4 | 216,5 |
| 60 | 20,1 | 18,97 | 325 | 30,6 | 51,9 | 1200 | 53,5 | 233,7 |
Примечание: Будьте внимательны! Вязкость воздуха дана в степени 106.
Удельная теплоемкость воздуха при температуре от -50 до 1200°С
Представлена таблица удельной теплоемкости воздуха при различных температурах. Теплоемкость в таблице дана при постоянном давлении (изобарная теплоемкость воздуха) в интервале температуры от минус 50 до 1200°С для воздуха в сухом состоянии. Чему равна удельная теплоемкость воздуха? Величина удельной теплоемкости определяет количество тепла, которое необходимо подвести к одному килограмму воздуха при постоянном давлении для увеличения его температуры на 1 градус. Например, при 20°С для нагревания 1 кг этого газа на 1°С в изобарном процессе, требуется подвести 1005 Дж тепла.
Удельная теплоемкость воздуха увеличивается с ростом его температуры. Однако, зависимость массовой теплоемкости воздуха от температуры не линейная. В интервале от -50 до 120°С ее величина практически не меняется — в этих условиях средняя теплоемкость воздуха равна 1010 Дж/(кг·град). По данным таблицы видно, что значительное влияние температура начинает оказывать со значения 130°С. Однако, температура воздуха влияет на его удельную теплоемкость намного слабее, чем на вязкость. Так, при нагреве с 0 до 1200°С теплоемкость воздуха увеличивается лишь в 1,2 раза – с 1005 до 1210 Дж/(кг·град).
Следует отметить, что теплоемкость влажного воздуха выше, чем сухого. Если сравнить теплоемкость воды и воздуха, то очевидно, что вода обладает более высоким ее значением и содержание воды в воздухе приводит к увеличению удельной теплоемкости.
| t, °С | Cp, Дж/(кг·град) | t, °С | Cp, Дж/(кг·град) | t, °С | Cp, Дж/(кг·град) | t, °С | Cp, Дж/(кг·град) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1013 | 20 | 1005 | 150 | 1015 | 600 | 1114 |
| -45 | 1013 | 30 | 1005 | 160 | 1017 | 650 | 1125 |
| -40 | 1013 | 40 | 1005 | 170 | 1020 | 700 | 1135 |
| -35 | 1013 | 50 | 1005 | 180 | 1022 | 750 | 1146 |
| -30 | 1013 | 60 | 1005 | 190 | 1024 | 800 | 1156 |
| -25 | 1011 | 70 | 1009 | 200 | 1026 | 850 | 1164 |
| -20 | 1009 | 80 | 1009 | 250 | 1037 | 900 | 1172 |
| -15 | 1009 | 90 | 1009 | 300 | 1047 | 950 | 1179 |
| -10 | 1009 | 100 | 1009 | 350 | 1058 | 1000 | 1185 |
| -5 | 1007 | 110 | 1009 | 400 | 1068 | 1050 | 1191 |
| 0 | 1005 | 120 | 1009 | 450 | 1081 | 1100 | 1197 |
| 10 | 1005 | 130 | 1011 | 500 | 1093 | 1150 | 1204 |
| 15 | 1005 | 140 | 1013 | 550 | 1104 | 1200 | 1210 |
Теплопроводность, температуропроводность, число Прандтля воздуха
В таблице представлены такие физические свойства атмосферного воздуха, как теплопроводность, температуропроводность и его число Прандтля в зависимости от температуры. Теплофизические свойства воздуха даны в интервале от -50 до 1200°С для сухого воздуха. По данным таблицы видно, что указанные свойства воздуха существенно зависят от температуры и температурная зависимость рассмотренных свойств этого газа различна.
Теплопроводность воздуха λ при повышении температуры увеличивается во всем диапазоне, достигая при 1200°С величины 0,0915 Вт/(м·град). Другие теплофизические свойства воздуха такие, как его температуропроводность a и число Прандтля Pr, по-разному реагируют на изменение температуры. Температуропроводность, как и вязкость воздуха сильно зависит от температуры и при нагревании, например с 0 до 1200°С, ее значение увеличивается почти в 17 раз.
Число Прандтля воздуха слабо зависит от температуры и при нагревании этого газа его величина сначала снижается до величины 0,674, а затем начинает расти, и при температуре 1200°С достигает значения 0,724.
| t, °С | λ·102, Вт/(м·град) | а·106, м2/с | Pr | t, °С | λ·102, Вт/(м·град) | а·106, м2/с | Pr |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 2,04 | 12,7 | 0,728 | 170 | 3,71 | 45,7 | 0,682 |
| -40 | 2,12 | 13,8 | 0,728 | 180 | 3,78 | 47,5 | 0,681 |
| -30 | 2,2 | 14,9 | 0,723 | 190 | 3,86 | 49,5 | 0,681 |
| -20 | 2,28 | 16,2 | 0,716 | 200 | 3,93 | 51,4 | 0,68 |
| -10 | 2,36 | 17,4 | 0,712 | 250 | 4,27 | 61 | 0,677 |
| 0 | 2,44 | 18,8 | 0,707 | 300 | 4,6 | 71,6 | 0,674 |
| 10 | 2,51 | 20 | 0,705 | 350 | 4,91 | 81,9 | 0,676 |
| 20 | 2,59 | 21,4 | 0,703 | 400 | 5,21 | 93,1 | 0,678 |
| 30 | 2,67 | 22,9 | 0,701 | 450 | 5,48 | 104,2 | 0,683 |
| 40 | 2,76 | 24,3 | 0,699 | 500 | 5,74 | 115,3 | 0,687 |
| 50 | 2,83 | 25,7 | 0,698 | 550 | 5,98 | 126,8 | 0,693 |
| 60 | 2,9 | 27,2 | 0,696 | 600 | 6,22 | 138,3 | 0,699 |
| 70 | 2,96 | 28,6 | 0,694 | 650 | 6,47 | 150,9 | 0,703 |
| 80 | 3,05 | 30,2 | 0,692 | 700 | 6,71 | 163,4 | 0,706 |
| 90 | 3,13 | 31,9 | 0,69 | 750 | 6,95 | 176,1 | 0,71 |
| 100 | 3,21 | 33,6 | 0,688 | 800 | 7,18 | 188,8 | 0,713 |
| 110 | 3,28 | 35,2 | 0,687 | 850 | 7,41 | 202,5 | 0,715 |
| 120 | 3,34 | 36,8 | 0,686 | 900 | 7,63 | 216,2 | 0,717 |
| 130 | 3,42 | 38,6 | 0,685 | 950 | 7,85 | 231,1 | 0,718 |
| 140 | 3,49 | 40,3 | 0,684 | 1000 | 8,07 | 245,9 | 0,719 |
| 150 | 3,57 | 42,1 | 0,683 | 1100 | 8,5 | 276,2 | 0,722 |
| 160 | 3,64 | 43,9 | 0,682 | 1200 | 9,15 | 316,5 | 0,724 |
Будьте внимательны! Теплопроводность воздуха в таблице указана в степени 102. Не забудьте разделить на 100! Температуропроводность воздуха указана в степени 106. Допускается интерполяция значений физических свойств воздуха в приведенных таблицах.
Энтропия сухого воздуха
В таблице представлены значения такого теплофизического свойства воздуха, как удельная энтропия. Значения энтропии даны для сухого воздуха в размерности кДж/(кг·град) в зависимости от температуры и давления. Удельная энтропия указана в таблице в интервале температуры от -50 до 50°С при давлении воздуха от 90 до 110 кПа. Следует отметить, что при нормальном атмосферном давлении (101,325 кПа) и температуре, например 30°С, удельная энтропия воздуха равна 0,1044 кДж/(кг·град).
Источники:
- Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.
- Богданов С.Н., Бурцев С.И., Иванов О.П., Куприянова А.В. Холодильная теника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ: Справ./ Под ред. С.Н. Богданова. 4-е изд., перераб. и доп. — СПб.: СПбГАХПТ, 1999.- 320 с.
Газы — Плотности
Плотности, молекулярный вес и химические формулы некоторых распространенных газов можно найти в таблице ниже:
| Газ | Формула | Молекулярный вес | Плотность — ρ — | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| (кг / м 3 ) | (фунт / фут 3 ) | |||||||||
| Ацетилен (этин) | C 2 H 2 | 26 | 1.092 1) 1,170 2) | 0,0682 1) 0,0729 2) | ||||||
| Воздух | 29 | 1,20 900 900 1) 1,293 2) | 0,0752 1) 0,0806 2) | |||||||
| Аммиак | NH 3 | 17,031 | 0,717 1) 0,769 2) | 0,0448 1) 0.0480 2) | ||||||
| Аргон | Ar | 39.948 | 1.661 1) 1.7837 2) | 0.1037 1) 0.111353 2) | ||||||
| Benze | С 6 Н 6 | 78.11 | 3.486 | 0.20643 | ||||||
| Доменный газ | 1.250 2) | 0.0780 2) | ||||||||
| Бутан | C 4 H 10 | 58.1 | 2.489 1) 2.5 2) | 0.1554 1) 0.156 2) | ||||||
| бутилен (бутен) | C 4 H 8 | 56.11 | 2,50 | 0,148 2) | ||||||
| диоксид углерода | CO 2 | 44.01 | 1.842 1) 1.977 2) | 0.1150 1) 0,1234 2) | ||||||
| Дисульфид углерода | 76.13 | |||||||||
| Оксид углерода | CO | 28.01 | 1.165 1) 1,250 2) | 0,0727 1) 0,0780 2) | ||||||
| Газообразный водяной газ | 0.048 | |||||||||
| Хлор | Cl 2 | 70,906 | 2,994 1) | 0,1869 1) | ||||||
| Угольный газ | 0,58 2) | коксовый газ | 0,034 2) | |||||||
| Продукты сгорания | 1,11 2) | 0.069 2) | ||||||||
| Циклогексан | 84.16 | |||||||||
| Реакционный газ (сточные воды или биогаз) | 0.062 | |||||||||
| Этан | C 2 H 6 9009 | 30.07 | 1.264 1) | 0.0789 1) | ||||||
| Этиловый спирт | 46.07 | |||||||||
| Этилхлорид | 64.52 | |||||||||
| Этилен | C 2 H 4 | 28.03 | 1.260 2) | 0.0786 2) | ||||||
| Гелий | He | 4.02 | 0,1664 1) 0,1785 2) | 0,01039 1) 0,011143 2) | ||||||
| н-гептан | 100,20038 | |||||||||
| гексан | 86.17 | |||||||||
| Водород | H 2 | 2,016 | 0,0899 2) | 0,0056 2) | ||||||
| соляная кислота | 36,47 | 1,63 2) | ||||||||
| Хлористый водород | HCl | 36,5 | 1,528 1) | 0,0954 1) | ||||||
| Сероводород | H 2 S | 34.076 | 1,434 1) | 0,0895 1) | ||||||
| Криптон | 3,74 2) | |||||||||
| Метан | CH 4 | 16,043 | 0,643 | 0,043 | 16,043 | 16,043 | 16,043 | 16,043 | 1) 0,717 2) | 0,0417 1) 0,0447 2) |
| Метиловый спирт | 32.04 | |||||||||
| Метил-бутан | 72.15 | |||||||||
| Метилхлорид | 50,49 | |||||||||
| Природный газ | 19,5 | 0,7 — 0,9 2) | 0,044 — 0,056 2) | |||||||
| Неон | Неон Ne | 20,179 | 0,8999 2) | 0,056179 2) | ||||||
| Оксид азота | NO | 30.0 | 1.249 1) | 0.0780 1) | ||||||
| Азот | N 2 | 28.02 | 1.165 1) 1.2506 2) | 0.0727 1) 0,078072 2) | ||||||
| Двуокись азота | NO 2 | 46,006 | ||||||||
| N-октан | 114.22 | |||||||||
| закись азота | N 2 O | 44.013 | 0.114 1) | |||||||
| триоксид азота | NO 3 | 62,005 | 62,005 | 62,005 | 62,005 | 22,00 | ||||
| Кислород | O 2 | 32 | 1.331 1) 1.4290 2) | 0,0831 1) 0.089210 2) | ||||||
| Озон | O 3 | 48.0 | 2.14 2) | 0,125 | ||||||
| N-Pentane | 72.15 | |||||||||
| Iso- Пентан | 72.15 | |||||||||
| Пропан | C 3 H 8 | 44.09 | 1.882 1) | 0.1175 1) | ||||||
| Пропен (пропилен) | C 3 H 6 | 42,1 | 1.748 1) | 0.1091 1) | ||||||
| R-11 | 137,37 | |||||||||
| R-12 | 120,92 | |||||||||
| R-22 | 86,48 | |||||||||
| R-114 | 170.93 | |||||||||
| R-123 | 152.93 | |||||||||
| R-134a | 102.03 | |||||||||
| Sasol | 0,032 | |||||||||
| S37 | 32.06 | 0.135 | ||||||||
| Двуокись серы | SO 2 | 64.06 | 2.279 1) 2,926 2) | 0,1703 1) 0,1828 2) | ||||||
| Триоксид серы | SO 3 | 80,062 | ||||||||
| Сера серной кислоты | SO | 48.063 | ||||||||
| Толуол | C 7 H 8 | 92.141 | 4.111 | 0.2435 | ||||||
| Водяной пар, пар | H 2 O | 18.016 | 0,804 | 0,048 | ||||||
| Водяной газ (битумный) | 0,054 | |||||||||
| ксенон | 5,86 2) | |||||||||
1) NTP — Нормальная температура и давление — определяется как 20 o C (293,15 К, 68 o F) и 1 атм (101.325 кН / м 2 , 101,325 кПа, 14,7 фунтов на квадратный дюйм, 0 фунтов на кв. Дюйм, 30 дюймов рт.ст., 760 Торр)
2) STP — Стандартная температура и давление — определяется как 0 o C (273,15 K 32 o F) и 1 атм (101,325 кН / м 2 , 101,325 кПа, 14,7 фунтов на квадратный дюйм, 0 фунтов на кв. Дюйм, 30 дюймов ртутного столба, 760 торр)
- 1 фунт м / фут 3 = 16,018 кг / м 3
- 1 кг / м 3 = 0,0624 фунта м / фут 3
Обратите внимание, что даже если фунты на кубический фут часто используются в качестве меры плотности в СШАС., фунты действительно мера силы, а не массы. Слизняки — правильная мера массы. Вы можете разделить фунты на кубический фут на 32,2 для приблизительного значения в слизняках.
Зависит ли плотность от температуры? + Пример
Наука
- Анатомия и физиология
- астрономия
- астрофизика
- Биология
- Химия
- наука о планете Земля
- Наука об окружающей среде
- Органическая химия
- физика
математический
- Алгебра
- Исчисление
Плотность жидкости будет меняться в зависимости от температуры и давления. Плотность воды в зависимости от температуры и давления указана ниже:
См. Также «Плотность воды, удельный вес и коэффициент теплового расширения», для онлайн-калькулятора, рисунков и таблиц, показывающих изменения в зависимости от температуры.
Плотность
Плотность жидкости можно выразить как
ρ = м / В (1)
, где
ρ = плотность жидкости (кг / м 3 )
м = масса жидкости (кг)
V = объем жидкости (м 3 )
Обратная плотность является удельным объемом:
v = 1 / ρ
= В / м (2)
, где
v = удельный объем (м 3 / кг)
Объем и изменение температуры
При повышении температуры большинство жидкостей расширяется:
dV = V 1 — V 0
= V 0 β дт
= V 0 β (т 1 — т 0 ) (3)
, где
dV = V 1 — V 0 = изменение объема — разница между конечным и начальным объемом (м 3 )
β = коэффициент расширения объемной температуры (м 3 / м 3 o C)
dt = t 1 — t 0 = изменение температуры — разница между конечной и начальной температурой ( o C)
( 3) можно изменить на
V 1 = V 0 (1 + β (t 1 — t 0 )) (3b)
Плотность и изменение температуры
С (1) и (3b) конечная плотность после изменения температуры может быть выражена как
ρ 1 = m / ( V 0 (1 + β (t) 90 063 1 — т 0 ))) (4)
, где
ρ 1 = конечная плотность (кг / м 3 )
— или в сочетании с (2)
ρ 1 = ρ 0 / (1 + β (т 1 — т 0 )) (4b) )
где
ρ 0 = начальная плотность (кг / м 3 )
Коэффициенты объемной температуры β
Примечание! — объемные температурные коэффициенты могут сильно зависеть от температуры.
Плотность и изменение давления
Влияние давления на объем жидкости можно выразить с помощью трехмерного закона Гука
E = — dp / (dV / V 0 )
= — (p 1 — p 0 ) / ((V 1 — V 0 ) / V 0 ) (5)
, где
E = объемный модуль — упругость жидкости (Н / м 2 )
Знак минус соответствует тому факту, что увеличение давления приводит к уменьшению объема.
С (5) — конечный объем после изменения давления можно выразить как
В 1 = V 0 (1 — (p 1 — p 0 ) / E) (5b )
Объединение (5b) с (1) — конечная плотность может быть выражена как:
ρ 1 = m / ( V 0 (1 — (p ) 1 — p 0 ) / E)) (6)
— или в сочетании с (2) — конечная плотность может быть выражена как
ρ 1 = ρ 0 / (1 — (p 1 — p 0 ) / E) (6b)
Объемная эластичность жидкости Некоторые распространенные жидкости — E
- вода: 2.15 10 9 (н / м 2 )
- этиловый спирт: 1,06 10 9 (н / м 2 )
- масло: 1,5 10 9 (н / м 2 )
Примечание! Объемный модуль для жидкостей зависит от давления и температуры.
Объемный модуль для воды — Imperial Units
Объемный модуль для воды — SI-единицы
Плотность жидкости, изменяющая как температуру, так и давление
Плотность жидкости при изменении как температуры, так и давления может быть выраженное объединение (4b) и (6b) :
ρ 1 = ρ 1 (из уравнения.1) / (1 — (p 1 — p 0 ) / E)
= ρ 0 / (1 + β (t 1 — t 0) )) / (1 — (p 1 — p 0 ) / E) (7)
Пример — плотность воды при 100 бар и 20 o C
- плотность воды 0 o C : 999,8 (кг / м 3 )
- коэффициент расширения воды при 10 o C : 0.000088 ( м 3 / м 3 o C) (среднее значение от 0 до 20 o C)
- объемный модуль воды: 2,15 10 9 (н / м 2 )
Плотность воды можно рассчитать с помощью (3):
ρ 1 = (999,8 кг / м 3 ) / (1 + (0,000088 м 3 / м 3 o C) ((20 o C) — (0 o C) )) / (1 — ((100 10 5 Па) — (1 10 5 Па) ) / ( 2.15 10 9 Н / м 2 ) )
= 1002,7 (кг / м 3 )
.Определение относительной плотности — MEL Chemistry
Плотность воды часто используется для расчета относительной плотности
[Викимедиа]Плотность — это физическая величина, равная отношению массы вещества к его объему. Это значение измеряется в г / см³ [кг / м³].
ρ = м / в.
Часто при определении плотности водных растворов для стандартной плотности используется плотность чистой воды, которая в нормальных условиях приблизительно равна 1 г / см³. Для удобства расчета часто используется относительная плотность вещества.
через GIPHY
Относительная плотность
Относительная плотность — это значение, определяемое как отношение плотности исследуемого вещества к плотности вещества, выбранного в этом случае в качестве «стандарта».Относительная плотность является безразмерной величиной, так как при ее определении одно значение плотности делится на другое. Учитывается не только изменение числового значения параметра, но и изменение его размера — если измерение делится само по себе, оно полностью уменьшается:
d = P / P₀ (плотность данного вещества — Р, плотность стандартного вещества — Р₀).
Условия могут быть указаны после d. Например, d²⁰₄ указывает, что плотность была рассчитана при 20 ° C (68 ° F), а плотность воды при 4 ° C (39.2 ᵒF) был взят в качестве стандарта.
Нажмите здесь, чтобы провести интересные эксперименты с водой.
В случае воды, фундаментальные различия обычно не видны между плотностью вещества и его относительной плотностью, так как плотность воды округляется до 1. Наличие или отсутствие измерения значения помогает нам точно определить, какое значение определяется — относительный или нет.
[Викимедиа]Иногда для газов также определяется относительная плотность по аналогичному принципу:
Dₐᵢᵣ = Mᵣ (газ) / Mᵣ ₐᵢᵣ (плотность газа по воздуху определяется как отношение относительной молекулярной массы газа к относительно молекулярной массе воздуха, которая всегда равна 29 ).Вместо воздуха в качестве стандарта может использоваться любой другой газ.
Что может влиять на значение плотности
Значение относительной, как и обычной плотности, не является постоянной величиной даже для тех же веществ. В зависимости от температуры окружающей среды значение может стать выше или ниже (зависимость плотности необходимого вещества от атмосферных условий можно найти из справочных таблиц или определить по приборам в серии экспериментов с различными условиями).
Например, при 20 ° C (68 ° F) плотность дистиллированной воды составляет 998,203 кг / м³, а при 4 ° C (39,2 ° F) она составляет 999,973 соответственно. При точном определении относительной плотности эти различия могут влиять на конечный результат.
пикнометр
[Викимедиа]Как измерить относительную плотность
Относительную плотность при той же температуре можно измерить пикнометром — сначала ее взвешивают пустым, затем стандартным веществом (например, дистиллятом), а затем исследуемым веществом.В некоторых случаях для определения относительной плотности используется аэрометр, но точность результатов ниже.
Примеры расчетов
Если для решения задачи заданы плотности двух веществ, то для определения относительной плотности определенную плотность просто необходимо разделить на стандарт. Например, если плотность раствора соляной кислоты составляет 1,150 кг / м³, а стандартная плотность серной кислоты составляет около 1.800 кг / м³, плотность соляной кислоты , разделенная на серную кислоту :
Серная кислота 3D структура
[Викимедиа]d = P / P₀ = 1150/1800 = 0,64.
Для газов используется молекулярная масса. Итак, плотность хлора Cl₂, деленная на воздух, равна:
Dₐᵢᵣ = Mᵣ (Cl₂) / Mᵣ 71 = 71/29 = 2.45.
хлор
[Викимедиа]Расчеты относительной плотности часто используются на практике для упрощенных оценок.
,
Leave A Comment