Законът на Далтон гласи, че... Газови смеси

Формулиране на законите на Далтон

Закон за общото налягане на смес от газове

наляганесмеси химическине си взаимодействат идеални газоверавно на сумата парциални налягания.

(\displaystyle P=\sum _(i=1)^(n)(p_(i))=p_(1)+p_(2)+\cdots +p_(n))

Закон за разтворимостта на компонентите на газовата смес

При постоянно температурна разтворимоств дадена течност всеки от компонентите на газовата смес, разположен над течността, е пропорционален на парциалното си налягане.

(\displaystyle \m_(i)=(\frac (p_(i))(P)))

Граници на приложимост

И двата закона на Далтон са стриктно изпълнени за идеални газове. За реални газоветези закони са приложими при условие, че тяхната разтворимост е ниска и поведението им е близко до това на идеален газ.

Обяснете понятията масов обем и молна фракция

Съотношението на масата на разтвореното вещество към общата маса на разтвора се нарича масова част на разтвореното вещество.

Обемна фракция(Понякога обемна част) е безразмерна величина, равна на съотношението на обема на дадено вещество в смес към обема на цялата смес. Означава се с буквата φ.

МОЛАРНА ФРАКЦИЯ

безразмерно физическо стойност, характеризираща концентрацията и равна на отношението на количеството на компонента към общото количество на сместа. ppm се изразява в части от единица, например стотни (процент), хилядни (ppm), милионни и се означава съответно %, ооо, милион -1 .

Принципът на еквивалентност на преобразуването на енергия

Принципът на еквивалентността може да се формулира по следния начин. Ако различни видове енергия се приемат в такива количества, че да предизвикат същата промяна в състоянието на дадена затворена система, тогава те са еквивалентни.
Обобщенията на принципа на еквивалентността водят до първия закон на термодинамиката (закона за запазване на енергията). Той гласи, че в изолирана система сумата от всички видове енергия е постоянна, докато различните форми на енергия могат да се трансформират една в друга. Законът за запазване на енергията обхваща всички форми на енергия, които могат да бъдат намерени в дадена система. Сумата от различните видове енергия, които една система притежава, се нарича, според дефиницията на Клаузиус, вътрешна енергия и. Така вътрешната енергия на веществото е сумата от различни енергии, например кинетичната енергия на неговите атоми или молекули, потенциалната енергия, както и енергията на електрическите и магнитните полета и др.

5. Теорема на Карно

Нека анализираме накратко формулата за терминалната ефективност на обратим директен цикъл на Карно:

От това равенство следва:

1) топлинната ефективност зависи само от температурите на горещи и студени източници;

2) h t(за цикъла на Карно) толкова по-висока е температурата на горещия извор (71) и колкото по-ниска е температурата на студения извор (72);

3) в цикъла на Карно топлинната ефективност трябва да бъде по-малка от единица. защото h t= 1 може да бъде само в случай на T 2 / T 1 = 0, когато T 1 = 0, или T 2 = 0 (или T 2 = -273,15 o C). Температурата на студения източник 72 в реалните топлинни двигатели обикновено е температура T 2 = 260 – 300 К(заобикаляща среда). Температурата на нагревателя в пещта на парните електроцентрали е приблизително 2000 K, а в двигателите с вътрешно горене е около 2500 K, тъй като стените на буталните цилиндри на тези двигатели се охлаждат и продуктите от горенето стават работно вещество. Това предполага същото твърдение, че цялата топлина, доставена на газа по време на цикъла, не може да бъде напълно преобразувана в полезна работа; този преход трябва задължително да бъде придружен от загуба на част от топлината (тя се абсорбира от източника на студ);

4) в цикъла на Карно топлинната ефективност е нула в случай на T 1 = Т 2 . От това следва, че ако в системата се поддържа топлинно равновесие, т.е. температурата на всички тела в системата е една и съща, тогава превръщането на топлината в полезна работа е невъзможно. За цикъла на Карно (директен) е вярно: h t= 1 – T 2 / T 1 = 1 – 1 = 0 при T 1 = ? t = T 2 (при равни температури на двата източника);

5) топлинна ефективност? t характеризира обратим цикъл на Карно (кръгов процес). Всички реални процеси са необратими, това се обяснява със загуби на енергия (поради пренос на топлина, триене и др.). Следователно топлинната ефективност на реален цикъл на Карно (необратим) винаги е по-малка от стойността 1 – T 2 /T 1 . Основната характеристика на този цикъл е, че той е еднакъв както за идеалните, така и за обикновените реални газове, ако температурите са дадени ( T 1 , T 2) източници. Това твърдение е същината теорема на Карно,който гласи: „В топлинен двигател за всеки обратим цикъл топлинната ефективност няма да зависи нито от естеството на цикъла, нито от вида на веществото (работен флуид).“ Тя ще се определя само от съотношението на температурите на нагревателя (топлопредавател) и хладилника (топлоприемник). С други думи, в топлинен двигател, за всеки обратим цикъл, топлинната ефективност се изчислява по същата формула, както е дефинирана за обратимия цикъл на Карно.

Едностъпален компресор

Едностепенният компресор е неподходящ за получаване на високо налягане и затова се използва за получаване на сгъстен въздух от не повече от 10 - 12 глътки. Освен това при високо налягане на компресия температурата се повишава, което влошава условията на смазване.

Едностепенните компресори се използват за компресиране на газове до налягане, което рядко надвишава 6 - 7 atm. По-високи налягания могат да бъдат постигнати само в многостепенни компресори поради следните причини.

Цикъл, диаграма, срок на полезно действие на газотурбинен агрегат

Работната течност на газовата турбина е продуктите от изгарянето на течно или газообразно гориво.

Фигура 7.6 показва диаграма на най-простата газова турбина с изгаряне на гориво при постоянно налягане. Горивната помпа 5 и компресорът 4 подават гориво и въздух през дюзи 6 и 7 в горивна камера 1. От камерата продуктите от горенето се насочват към комбинирани дюзи 2, където се разширяват и влизат в лопатките на газовата турбина 3.

Фигура 7.7 и Фигура 7.8 показват идеалния цикъл на газова турбина на PV и TS диаграми.

1-2 - адиабатно компресиране до налягане P 2;

2-3 – подаване на топлина q 1 при постоянно налягане P 2 (изгаряне на гориво);

3-4 – адиабатно разширение до началното налягане P1;

4-1 – охлаждане на работния флуид при постоянно налягане P 1 (отвеждане на топлина q 2);

Характеристиките на цикъла са:

степен на увеличениеналягане -  = P 2 / P 1;

степен на изобарно разширение-  =  3 / 2 .

Работа на турбината:

l t = h 3 – h 4. (7.10)

Работа на компресора:

ln = h 2 – h 1. (7.11)

Полезната работа на газовата турбина е равна на разликата в работата на турбината и компресора:

L GTU = l t – l c. (7.12)

Топлинна ефективност GTU цикълът има формата:

 t = 1 – 1/  (-1)/ . (7.13)

Теоретична мощност на газовата турбина, компресора и инсталацията (GTU):

N t = l t D/3600 = (h 3 – h 4) D/3600 , (7.14)

N k = l k D/3600 = (h 2 – h 1) D/3600, (7.15)

N газова турбина = l газова турбина ·D/3600 = [(h 3 – h 4) (h 2 – h 1) ]·D/3600. (7.16)

Реалният цикъл на газотурбинната инсталация се различава от теоретичния по наличието на загуби от триене и образуване на вихри в турбината и компресора. Ефективни методи за повишаване на ефективността на газотурбинните агрегати са: възстановяване на топлината, стъпаловидно компресиране и разширение на работния флуид и др.

9. Схема на парна турбина (STU)
н

и фиг. 9.8, 9.9, 9.10 показват диаграмите на парна турбина (STU) и обратим цикъл в п-в-И Т-с-диаграми (цикъл на Ранкин).

Обозначения: ПК – парен котел; ПП – паропрегревател; ЕТ – екранни (изпарителни) тръби на парен котел; VE – воден економайзер; Т – парна турбина; К – кондензатор с водно охлаждане; N – помпа;
EG – генератор на електрически ток (консуматор). Числа на диаграмата
съответстват на възловите точки на обратимия цикъл, представен от
V п-в-И Т-с-диаграми

Топлина, подадена на вода и водна пара в парен котел (в процеси: 3-4 - нагряване на вода до кипене, 4-5 - изпаряване на вода, 5-1 - прегряване на пара),

Работата, получена в турбината, е външната работа на процеса на адиабатно разширение 1-2:

Полезната работа на обратим цикъл (област на цикъла в п-в-И Т-с-диаграми)

При практически изчисления често е възможно да се пренебрегне работата на помпата, която поради несвиваемостта на флуида е незначителна в сравнение с работата на турбината. В този случай състояние 3 не е показано на диаграмите (фиг. 9.11), тъй като точка 3 съвпада с точка 2¢:

,
,	(9.11)
.	(9.12)

Анализът на формулите (9.9) – (9.12) показва, че топлинната ефективност зависи от три параметъра ( стр 1 , T 1 , стр 2), тя се увеличава с увеличаване на налягането стр 1 в парен котел, с нарастваща температура на прегряване на парата T 1 и с намаляващо налягане стр 2 в кондензатора.

В съвременните мощни парни турбини се използват параметри на парата стр 1 = 235...240 bar, T 1 = 535...565 o C, стр 2 = 0,03...0,05 bar
(ц= 25...35 o C). Надграждане до по-високи настройки стр 1 и T 1 се определя от нивото на развитие на металургията, тъй като са необходими скъпи високолегирани стомани. Използване на по-ниско налягане стр 2 се ограничава от температурата на водата, охлаждаща кондензатора, която през лятото е 18...20 o C.

IN парната турбина може да приложи цикъл на Карно а-4-5-b(фиг. 9.12): 4-5 – изпарение; 5- b– разширение на парата в турбината; b-а –непълна кондензация на парата; а-4 – компресия на влажна пара в компресора.

На практика този цикъл не се осъществява основно, защото в реален цикъл, поради загуби в задвижването на компресора, по-голямата част от мощността, генерирана от турбината, ще бъде изразходвана. По-икономично е парата да се кондензира напълно и след това да се използва помпа, за да се увеличи налягането на водата стр 2 към стр 1 в процес 2¢-3. В допълнение, процесът на разширяване на суха наситена пара в турбината (5- b) се свързва с големи загуби от триене поради значително намаляване на степента на сухота по време на процеса на разширение, т.е. увеличаване на съдържанието на вода в парата. Следователно в инсталациите с парни турбини се използва прегряване на парата в тръбите на паропрегревателя на парния котел. В този случай процесът на разширение 1-2 се измества в областта на прегрята пара и загубите от триене по време на потока на пара в потока на турбината се намаляват.

9 .3.2. Система за ефективност
за оценка на ефективността на училищата за професионално обучение. Топлинен баланс на PTU

На фиг. Фигура 9.13 показва действителния цикъл на Ранкин 1-2 д-2¢ (без да се вземат предвид разходите за работа на помпата):

1-2д– необратим адиабатен процес на разширение на парата в турбината ( с 2д > с 1);

1-2 – процес на обратимо адиабатно разширение ( с 2 = с 1).

Топлинна ефективностхарактеризира термодинамичното съвършенство на обратимия цикъл 1-2-2¢:

Където N i = l и G– вътрешна мощност (мощност на действителния цикъл).

Топлинните загуби в парния котел (от химическо и механично недогаряне на гориво, от топлообмен с околната среда, с отработени газове и др.) се характеризират с Ефективност на парния котел

Където N e = крак– ефективна мощност (на вала на турбината); аз e- ефективна работа.

Всички загуби в PTU (без да се взема предвид потребителят на енергия) се характеризират с ефективна ефективност

Където лъъ нъъъ = лъъъ . Ж– съответно електрическа работа и електрическа мощност.

Взети са предвид всички загуби в парна турбина, генерираща електрическа енергия електрическа ефективност

,	(9.19)
.

Цикъл на Ранкин за професионални училища

Отстраняването на топлина от мократа пара в кондензатора трябва да се извършва, докато цялата пара се кондензира напълно. В този случай не е влажна пара с ниска плътност, която е подложена на компресия от налягане p2 до налягане p1, а вода. За подаване на вода към котела се използва помпа за захранваща вода, която има малки размери и висока ефективност. Такъв цикъл е предложен през 50-те години от шотландския физик и инженер У. Ранкин. В цикъла на Rankine е възможно да се използва прегрята пара, което позволява да се увеличи средната интегрална температура на подаването на топлина и по този начин да се увеличи ефективността на цикъла.

В турбина 3 топлината се превръща в работа. Отработената пара отдава част от топлината на охлаждащата вода в хладилника 4 и се подава обратно към котела чрез помпа 5. В парния котел 1, поради топлината на горивото, изгарящо в пещта, възниква процесът на образуване на пара; в паропрегревателя 2 се постигат необходимите параметри на парата.

В котела при налягане p1 = const протича процес 4-5 - нагряване и 5-6 - изпаряване на водата.

Процес 6-1 – прегряване на парата в паропрегревателя до Т1. Така на изхода на паропрегревателя парата има параметри p1, T1, h1, приемаме, че от котела до турбината p1 = const

1-2 – адиабатно разширение на парата в турбината до налягане p2 Параметри след турбината p2 T2 h2

2-3 – изобарна кондензация на пара. Резултатът ще бъде вода с параметри h¢2 T¢2. Кондензатът след адиабатно компресиране от p2 до p1 в захранващата помпа постъпва в котела.

3-4 – адиабатно компресиране на вода от помпа.

Двоични цикли

Въз основа на разгледаните цикли можем да формулираме изисквания за свойствата на най-удобния работен флуид:

Работната течност трябва да осигурява по-висок коефициент на запълване на цикъла. За това работният флуид трябва да има по-нисък изобарен топлинен капацитет в течно състояние, по-високи критични параметри,

Свойствата на работния флуид трябва да бъдат такива, че горната температура при достатъчно висок коефициент на запълване на цикъла да се осигурява при не много високо налягане на парата, т.к. високото налягане затруднява монтажа,

Работната течност трябва да е евтина, нетоксична и агресивна към структурните материали.

Тъй като понастоящем няма работни течности, които да отговарят на тези изисквания, е възможно да се извърши цикъл, използвайки комбинация от две работни течности, като се използва всяка от тях в температурния диапазон, където тази работна течност има най-големи предимства. Цикли от този вид се наричат двоични цикли.

Цикъл на инсталация с комбиниран цикъл

Цикълът пара-газ е двоичен цикъл, който използва два работни флуида - продукти на горенето и водна пара. В газ

цикъл, температурата на газа на входа на турбината е 900...1000°C, а на изхода 350°C или повече. В парните електроцентрали температурата на прегрятата пара достига 650°C, но температурата на водата в кондензатора ще бъде само 30°C. По този начин в бинарен цикъл е възможно да се реализира значително по-голяма температурна разлика, отколкото във всеки от отделните цикли, и по този начин да се увеличи топлинната ефективност на цикъла.

Завод с комбиниран цикъл- електроцентрала, използвана за производство на електроенергия. Различава се от парните и газотурбинните инсталации с повишена ефективност.

Предимства на PSU:

Инсталациите с комбиниран цикъл позволяват да се постигне електрическа ефективност над 50%. За сравнение, за парни електроцентрали, работещи отделно, ефективността обикновено е в диапазона 33-45%, за газови турбини - в диапазона 28-42%

Ниска цена на единица инсталирана мощност

Инсталациите с комбиниран цикъл консумират значително по-малко вода за единица произведена електроенергия в сравнение с парните централи

1- Кратко време за изграждане (9-12 месеца)

2- Няма нужда от постоянно снабдяване с гориво чрез железопътен или морски транспорт

3- Компактните размери позволяват изграждане директно при потребителя (завод или в града), което намалява разходите за електропроводи и транспортиране на електроенергия. Енергия

4- По-щадящи околната среда в сравнение с парните турбини.

Недостатъци на PSU:

5- Ниска единична мощност на оборудването (160-972,1 MW на единица), докато съвременните топлоелектрически централи имат единична мощност до 1200 MW, а атомните електроцентрали имат единична мощност до 1200 MW, а атомните електроцентрали имат единична мощност до 1200-1600 MW.

Необходимостта от филтриране на въздуха, използван за изгаряне на гориво.

Идеален цикъл пара-газ е цикъл, при който температурите на работните течности по време на подаването и отвеждането на топлина са постоянни и равни на температурите на съответните източници на топлина.

Практическото прилагане на изотермично топлоснабдяване в газовия цикъл 1-2-3-6-1 може да се извърши в резултат на многоетапно

подаване на топлина и изотермично отстраняване на топлина в парния цикъл 3-4-5-6-3 може да се извърши в процеса на кондензация на водна пара (процес 4-5). Топлината се прехвърля от продуктите на горенето към водната пара в топлообменник. Газовият цикъл в тази схема е отворен (продуктите от горенето се отстраняват в атмосферата), а парният цикъл е затворен.

Работният флуид в затворен цикъл може да бъде не само вода, но и въглероден диоксид или други вещества, които използват топлината на газовия цикъл.

Газът също се извършва под формата на цикъл на газова турбина с подаване на топлина при p = const (на диаграмата Ts, зона 72367).

Циклите газ и пара могат да се комбинират в цикъл газ-пара (работният флуид на такъв цикъл е парогазова смес, състояща се от продукти на горенето и водна пара). В инсталациите с комбиниран цикъл инжектирането на вода пред турбината води до понижаване на температурата на газовете и в същото време до увеличаване на енталпията на работния флуид, тъй като специфичната енталпия на водата е по-голяма от тази на продуктите на горенето. Такъв цикъл е предложен от академик С. А. Христианович.

Има две основни схеми на газови инсталации с комбиниран цикъл. При първия тип инсталация газовете от горенето и водните пари се смесват помежду си и след това навлизат в турбината.

При втория тип работните течности, всяка поотделно, се насочват съответно към газовата и парната част на инсталацията.

Нека разгледаме инсталация с комбиниран цикъл с отделни потоци от продукти на горенето и водна пара.

В тази инсталация въздухът, след компресиране в компресор, се подава към парогенератор с високо налягане, работещ на газ или течно гориво при постоянно налягане. Топлината на продуктите от горенето се изразходва частично за образуване на пара и прегряване на пара в прегревателя. Продуктите от горенето при понижена температура се изпращат към газова турбина и след това към нагревател за газ-вода за загряване на захранващата вода, изпратена към парогенератора.

Специфично количество топлина, получено от двата работни флуида в теоретичен цикъл

qi = m(hy - h4") + (h - h).

Топлинната ефективност на цикъла пара-газ ще бъде

r]t = (h l - h 2 ) + m(h i - h 2") -(h 4 - h 3)-(h 4" -з 3") m(hy - h^)+ (hi - h$)

Ефективните инсталации с комбиниран цикъл са тези, които изпускат отработените газове от газовите турбини в парогенераторите. Ефективността може да достигне 0,45.

20) 4 цикъла на хладилни агрегати.

Охлаждането на телата до температура под температурата на околната среда се извършва с помощта на хладилни агрегати, работещи на обратен термичен цикъл.

Обратният цикъл е цикъл, при който работата на компресията надвишава работата на разширението и поради предоставената работа топлината се прехвърля от долния източник към горния.

Нека q2 е топлината, взета от източника на студ; q\ - топлина, отдадена на горещия извор;

L c =q 1 -q 2 - работа, доставена в цикъл.

Хладилният агрегат включва устройство за компресиране на работния флуид (компресор или помпа) и устройство, в което се извършва разширяване на работния флуид (работният флуид се нарича хладилен агент); разширение на работния флуид може да се случи с извършване на полезна работа (в бутална машина или турбомашина) и без извършване на полезна работа, т.е. фундаментално необратим (чрез дроселиране).

Цикъл на въздушно охлаждане (цикъл на Лоренц)

Въздушният хладилен агрегат е един от първите видове хладилни агрегати, използвани в практиката.

с бутален компресор са често срещани през втората половина на 19 век. Понастоящем широко се използват агрегати с турбокомпресори и регенерация, поради което ефективността на въздушните хладилни агрегати се увеличава и обхватът на тяхното приложение се разширява. [ 1 ]

Въздушни хладилни агрегатиимат редица неудобства и наскоро са излезли от употреба. Вместо това хладилните агрегати стават широко разпространени, в които като работни течности се използват нискокипящи течности: амоняк, въглероден диоксид, серен диоксид, фреони.

Основните елементи на инсталацията за производство на студ (Фигура 14.1) са компресорът 1 и разширител 3 . В допълнение към тях има два топлообменника, единият от които е хладилник 4 въздухът получава топлина от охладения контейнер, а във втория - хладилника 2 освобождава топлина в околната среда или водата в хладилника.

Хладилният агент (въздух) се разширява в разширителя 1 от налягането p1до натиск P2, изпълнявайки работата, дадена от разширителя на външния потребител. Въздушно охлаждане в резултат на процеса на адиабатно разширение в разширител от температурата

T1до температура Т2, постъпва в охладен обем 2, от който отнема топлина. Процесът на пренос на топлина от охладения обем към въздуха протича при постоянно налягане на въздуха (p = const). Отвеждане на топлината от

охладен обем е възможен само ако температурата на въздуха по време на целия процес на изобарно отделяне на топлина е по-ниска от температурата на охладения обем. По принцип температурата на въздуха на изхода на охладения обем Т3 може да бъде равна на температурата на охлажданите тела, но на практика винаги е малко по-ниска от тази температура. След напускане на охладения обем въздухът се насочва към компресор 3, където налягането му се увеличава от налягането Р 2 до натиск Р 1 (в същото време температурата на въздуха се повишава от Т3 до Т4). Компресираният от компресора въздух влиза в охладителя

6- Охладителят е топлообменник от повърхностен тип, в който температурата на въздуха се понижава поради преноса на топлина към охлаждащата вода, циркулираща през охладителя. По принцип температурата на въздуха, излизащ от охладителя T 1 може да се направи произволно близка до температурата на охлаждащата вода, но на практика температурата на въздуха винаги е малко по-висока от температурата на охлаждащата вода. Процесът в охладителя протича при постоянно налягане на въздуха ( пи= const).

Цикъл на атомната електроцентрала

Топлоелектрическите централи, използващи изкопаеми горива, използват цикъл на прегрята пара, а в атомни електроцентрали с реактори с топлинни неутрони (RTN) – цикъл на наситена пара. Това се дължи на факта, че RTN използва сплави на основата на цирконий като основен структурен материал на сърцевината. Те позволяват да се намали вредното поглъщане на неутрони в сравнение с различни видове стомана, но могат да издържат на температури не повече от 340-350 o C. Това е по-малко от критичната температура на водната пара, равна приблизително на 374 o C, и при подкритични параметри ефективността на цикъла на наситена пара е по-голяма от тази на двойката цикъл на прегрята пара (фиг. 7).

T,ДА СЕ

Ориз. 7. Цикъл на Ранкин върху наситена (плътни линии) и прегрята (пунктирани линии) пара при субкритични начални параметри на парата

Първоначални параметри на парата - това е неговият натиск П o и температура T o на входа на турбината. Обърнете внимание, че за цикъла на наситена пара може да се избере само началното налягане, тъй като налягането на насищане еднозначно определя температурата на работния флуид.

Увеличаването на първоначалните параметри на парата е един от основните начини за повишаване на топлинната ефективност на цикъла.

Колкото по-висока е приетата първоначална температура, толкова по-ниско трябва да бъде налягането - според надеждността на метала. Сдвоени стойности По и T o които осигуряват същата якост на силовото оборудване се наричат равни якостни начални параметри работен флуид.q (π *) =1, а с π *<π≤1 убывает до р(1) = 0.

Нека разгледаме зависимостта на намаления дебит на газа, изтичащ от дюзата, от съотношението на обратното налягане стр n към налягането в резервоара стр 0 – π n = стрн/ стр 0 .

Тъй като…………скоростта на изтичане…се увеличава от……Следва, че намаляването на налягането…., което може да се разглежда като слабо смущение, разпространяващо се спрямо газовия поток с локалната скорост на звука А, ще се разпространява към струята, изтичаща от дюзата, и ще достигне изходната част на тази дюза. Така за ……….и зависимостта на …..от ….ще бъде описана с формула (10.2) за …Забележете, че за…………..

При по-нататъшно намаляване на противоналягането това смущение вече няма да може да достигне до изходната част на дюзата, тъй като компонентът на абсолютната скорост на нейното разпространение в посока, обратна на струята, ще се превърне в 0, т.е. това смущение на налягането ще бъде, така да се каже, отнесено от насрещния поток газ. Това води до особен феномен, наречен „блокиране“ на потока или криза на потока. Промяната на налягането в посочения диапазон няма да повлияе на параметрите на изтичането, така че в този случай, т.е. част от графиката на зависимостта ...при ....ще бъде представена с отрязък от хоризонтална права линия ...., а не с пунктирана крива, съответстваща на формула (10.2).

Максимално възможният масов дебит на протичащия газ за дадените параметри на газовото състояние в котела ... и ... се определя по формула (9.4) при

(10.3)

и се изпълнява в диапазона на обратното налягане 0<стр n ≤ стр * (0<π н ≤π *).

Когато е спазено равенството

, (10.4)

в който рв = р(π n) се определя по формула (10.2) с π in =π n.

Критична скоростсе нарича скоростта на газа в изходния участък на канала, при налягане, равно или по-малко от критичното - P K.

w K = Ö 2(g/(g + 1)) P 1 x 1

При изтичане на идеален газ критичната скорост зависи само от първоначалните параметри и неговата природа и е равна на скоростта на звука на газа (а) при критични параметри.

w K = a = Ö g P K x K

Комбинираната дюза на Laval е проектирана да използва големи падове на налягане и да произвежда скорости на потока, надвишаващи критичната или скоростта на звука. Дюзата на Лавал се състои от къса стесняваща се секция и разширяваща се конична дюза (фиг. 5.1). Опитите показват, че ъгълът на конуса на разширяващата се част трябва да бъде равен на  = 8-12 o. При големи ъгли се наблюдава отделяне на струята от стените на канала.

Дебитът и вторият дебит на идеален газ се определят по формули (5.7) и (5.9).
Дължината на разширяващата се част на дюзата може да се определи по уравнението:

l = (D – d) / 2 tan(/2) , (5.13)

където:  - ъгъл на конус на дюзата;
D - диаметър на изхода;
d е диаметърът на дюзата в минималното сечение.

Въпрос

Лавалова дюза- газов канал със специален профил, който ускорява преминаващия през него газов поток до свръхзвукови скорости. Използва се широко в някои видове парни турбини и е важна част от съвременните ракетни двигатели и свръхзвукови реактивни самолетни двигатели.

Дюзата е канал, стеснен в средата. В най-простия случай такава дюза може да се състои от двойка пресечени конуси, свързани с тесни краища.

Използването на дюза на Лавал е препоръчително в случай, че общото налягане на газа пред дюзата е достатъчно, за да се получи критично налягане в тясната част на дюзата p, което е по-голямо от налягането на средата, в която газът влиза потоци, т.е. когато p rnar. Режимът, в който p rka ( се нарича суперкритичен; при p r ri и p r имаме съответно критичен и подкритичен режим

Използването на дюза Laval ви позволява да получите повишена скорост на парата, като по този начин подобрявате качеството на пулверизиране и намалявате консумацията на пара. В дюзата Danilin в каналите за подаване на мазут се вкарва определено количество въздух, което се засмуква заедно с мазута поради инжекционното действие на парната струя. Някои смятат, че този въздух значително подобрява процеса на горене.

Дайте класификация на топлоелектрическите централи по вида на използваната първична природна енергия и по вида на освободената. Декодиране на държавната електрическа централа. Примери за видове електроцентрали в региона.

По вид използвана първична природна енергия Има следните видове топлоелектрически централи:

Топлоелектрически централи изкопаеми горива(въглища, мазут, природен газ, нефтени шисти и др.); такива електроцентрали се наричат топлоелектрически централи (в тесния смисъл на думата); основните видове топлоелектрически централи, използващи изкопаеми горива, са прахообразни въглищни и газови и нефтени топлоелектрически централи; за станциите за въглищен прах газът може да бъде резервно гориво;

Топлоелектрически централи с ядрено гориво, т.е. атомни електроцентрали (АЕЦ);

Използване на топлоелектрически централи нетрадиционни и възобновяеми енергийни източници(NRES), по-специално енергията на пряката слънчева радиация. Нека отбележим, че основният източник на почти всички видове първична природна енергия е Слънцето. Например въглищата се образуват в земната кора от продукти от органичен произход, предимно растителност, и растежът им се дължи на слънчевата енергия. Причината за океанските приливи е въртенето на Луната около Земята, а последната около Слънцето. Потокът на реките се причинява от изпарението на водата от повърхността на големи резервоари поради слънчевата енергия и последващите валежи под формата на дъжд и сняг.

Парциалното налягане е тази част от общото налягане на газовата смес, която се дължи на даден газ или пара.Частичният газ в сместа е равен на налягането на газа в сместа, което би имал сам, заемайки същия обем, какъвто сместа заема при същата температура.

Закон на Далтон.При липса на химични реакции общото налягане на газовата смес P общо е равно на сумата от парциалните налягания на всички газове, включени в нея p 1, p 2, p 3 ..., p n:

P общо = p 1 + p 2 + ... + p n. (62)

Парциалното налягане на даден газ е пропорционално на дела на неговите молекули от общия брой молекули на сместа (моларна фракция):

p i = P общо ·X i = P общо · . (63)

Молна фракция X i е съотношението на броя молове на дадено вещество - n i (или определен тип частица) към общия брой молове на веществото (или частиците), разположени в системата n i.

Молната фракция може да се припише или на цялата система, или на някаква фаза. В последния случай се взема отношението на броя молове от дадено вещество в тази фаза към общия брой молове на веществото, образуващо дадена фаза. Сумата от молните фракции на всички вещества, образуващи система (или фаза), е равна на единица.

Съставът на газовите смеси може да се изрази и с тегловни и обемни части. Тегловната част на даден газ в смес е съотношението на масата на този газ към масата на газовата смес.Ако означим тегловните фракции на газовете с G 1, G 2, G 3, ..., G i; и масите на газовете в сместа - през m 1, m 2, m 3, ..., m i и общата маса на газовата смес - през m, тогава получаваме:

G 1 = G 2 = G 3 = … G n = (64)

G 1 + G 2 + G 3 + … + G n =1

m 1 + m 2 + m 3 + … + m n = m.

За да се изрази съставът на газова смес в обемни единици, е необходимо да се приведат обемите на газовете, които съставляват сместа, до едно и също налягане и температура. Обемът на отделен газ, включен в смес, намален до налягането на сместа, се нарича намален обем.За да се намери намаленият обем газ при налягане на газовата смес Ptot и температура T, е необходимо да се използва законът на Бойл-Мариот:

p 1 V общо = v 1 P общо; p 2 V общо = v 2 P общо; p 3 V общо = v 3 P общо; ... ; p n V общо = v n P общо,

където v 1, v 2, v 3, ..., v n са намалените обеми на отделните газове, които съставляват сместа; р 1, р 2, р 3, …, р n – парциални налягания на отделните газове;

v 1 = v 2 = v 3 = …; v n = (65)

Сумата от намалените обеми на отделните газове е равна на общия обем на сместа:

v 1 + v 2 + v 3 + … + v n = V общо.

Съотношението на намалените обеми на отделните газове към общия обем на сместа се нарича обемна фракцияи се изразява чрез r:

r 1 = r 2 = r 3 = ...; r n = (66)

За газовите смеси съставът, изразен чрез обемни и молни фракции, е един и същ, т.е.:

…; (67)

Средното молекулно тегло на газова смес, ако са известни обемните фракции на газовете в сместа, се изчислява по формулата:

M av = M 1 r 1 + M 2 r 2 + M 3 r 3 + … + M n r n. (68)

Пример 7.Приведете газа до нормални условия (изчислете обема V, който дадено количество газ заема при 273 K и 1,0133 10 5 Pa), ако при 373 K и 1,333 10 3 Pa неговият обем е 3 10 -2 m 3.

Решение.Използвайки уравнение (59), определяме обема на газа:

Пример 8.Газ под налягане 1,2 10 5 N/m 2 заема обем от 4,5 литра. Какво ще бъде налягането, ако без промяна на температурата обемът се увеличи до 5,5 литра?

Решение.Използвайки закона на Бойл-Мариот (52):

откъде да го вземем

Пример 9.Изчислете частичните обеми на водните пари, азота и кислорода и парциалните налягания на азота и кислорода във влажен въздух. Общият обем на сместа е 2·10 -3 m3, общото налягане е 1,0133·10 5 Pa, парциалното налягане на водните пари е 1,233·10 4 Pa. Обемният състав на въздуха е 21% O 2 и 79% N 2,

Решение.Изчисляваме частичния обем на водната пара V, използвайки уравнение (65):

Изчисляваме частичните обеми на O 2 и N 2:

V + V = V - V = 0,002 – 0,00024 = 1,76·10 -3 m3.

V/V = 0,21/0,79.

V = 1,76·10 -3 m 3 · 0,21 = 0,37·10 -3 m 3 ;

V = 1,76·10 -3 m3 · 0,79 = 1,39·10 -3 m3.

Ние изчисляваме парциалното налягане на O 2 с помощта на уравнение (63):

P = P x ,

x = V / V = 0,37 10 -3 m 3 / 2 10 -3 m 3 = 0,186;

P = 1,0133 10 5 Pa 0,186 = 1,866 10 4 Pa;

и тъй като P = P + P + P, тогава

P = 1.0133 10 5 Pa - 1.866 10 4 Pa - 1.233 10 4 Pa = 7.033 10 4 Pa.

Опция 1.

5. При нормални условия плътността на въглеродния диоксид е 1,977 kg/m 3. Какво налягане трябва да се използва за компресиране на газа, така че неговата плътност при 0ºC да достигне 10 kg/m3?

6. Газовата смес се състои от 3 m 3 CO 2, взети при налягане 95 940 N/m 2, 4 m 3 O 2 при налягане 106 600 N/m 2, 6 m 3 N 2 при налягане 93 280 N/ м 2. Обемът на сместа е 10 m3. Определете парциалните налягания на газовете в сместа и общото налягане на сместа (температурата е постоянна).

Вариант 2.

5. Масата на 1 m 3 азот при 10ºC и налягане 9,86·10 4 N/m 2 е равна на 1,175 kg. Каква е масата на същия обем азот под налягане 1,092·10 5 N/m 2 при същата температура?

6. Сухият въздух има приблизително следния състав (об.%): N 2 78,09; О2 20,95; Ar 0,93; С02 0.03%. Определете масата на 40 m 3 сух въздух при 22ºС и нормално налягане.

Вариант 3.

5. При 37ºС обемът на газа е 0,50 m 3. Какъв обем ще заеме газът при 100ºС, ако налягането остане постоянно?

6. Газовата смес се приготвя от 3 литра СН4 при налягане 95,940 N/m2; 4 l H 2 при налягане 83 950 N/m 2 и 1 l CO при налягане 108 700 N/m 2. Обемът на сместа е 8 литра. определят парциалните налягания на газовете в сместа и общото налягане на сместа.

Вариант 4.

5. При 18ºC налягането в азотния цилиндър е 1,621·10 6 N/m 2 . При каква температура налягането ще се удвои?

Вариант 5.

5. Изчислете обема на димните газове при нормално налягане, ако техният обем при налягане 9,888·10 4 N/m 2 и постоянна температура е равен на 10 m 3?

6. Доменният газ е с приблизителен състав (об.%): CO 28; N 2 3; CO 2 10; N 2 59. изчислете парциалните налягания на газовете, които образуват сместа, ако общото налягане на газовата смес е 106 400 N/m 2.

Вариант 6.

5. Под какво налягане е кислородът, ако неговата плътност при 0ºC е 6,242 kg/m3? Плътност на кислорода при бр. 1,429 kg/m3.

6. Газът от подземната газификация има приблизително следния състав (об.%): CO 12; N 2 14; N 2 62,2; CO 2 10 и CH 4 1.8. Определете състава на тази смес от газове в тегловни проценти.

Вариант 7.

5. Налягането на кислорода в цилиндъра при 15ºC е 1,255·10 7 N/m 2 . Колко ще падне налягането на газа, ако цилиндърът се охлади до -33ºС?

6. Производственият газ има приблизително следния състав (тегл.%): CO 2 12; N 2 14; CO 20; N 2 54. Изчислете обемното съдържание на всеки компонент на генераторния газ.

Вариант 8.

5. Колко кубични метра въглероден диоксид при 22ºC и 99289 N/m 2 могат да бъдат получени чрез изпичане на 1000 kg варовик, съдържащ 90% CaCO 3?

6. Цилиндър с вместимост 20 литра при 18ºC съдържа смес от 28 g кислород и 24 g амоняк. Определете парциалните налягания на всеки газ и общото налягане на сместа.

Вариант 9.

5. Определете налягането, при което 13,5 g въглероден окис ще бъде в съд с вместимост 8 литра при 150ºC?

Вариант 10.

5. Най-високата температура в резервоара за газ през лятото е 40ºС, най-ниската през зимата е -30ºС. Колко повече метан (по маса) може да побере газов резервоар с капацитет 2000 m3 през зимата, отколкото през лятото при нормално налягане?

6. Съд с вместимост 2 литра съдържа 5,23 g азот и 7,10 g водород. изчисляване на общото налягане на газовата смес при 25ºС.

Идеалните газови смеси са смеси, които се подчиняват на законите на идеалните газове. При липса на химични реакции, общото налягане на идеална газова смес Робщото е равно на сумата от пропорционалните налягания на всички влизащи в него газове Р 1 , Р 2 , Р 3 , …, р n(закон на Далтон). Парциалното налягане на газа от сместа е равно на налягането на газа, който той би имал сам, заемайки обема на сместа при същата температура:

Робщо = Р 1 + Р 2 + Р 3 + …+ р n.

Съставът на газовите смеси може да бъде изразен чрез маса, обемни фракции, брой молове или молни фракции. Масовата част на даден газ в смес е съотношението на масата на този газ към масата на газовата смес. Означаване на масовите фракции на газовете през Ж 1 ,Ж 2 ,Ж 3 , …,Ж, масите на газовете в сместа – чрез м 1 ,м 2 ,м 3 , …,ма общата маса на газовата смес – през м, получаваме

Ж 1 = м 1 /м; Ж 2 = м 2 /м; Ж 3 = м 3 /м; …; Ж = м/м,

Ж 1 +Ж 2 +Ж 3 + … + Ж= 1, а м 1 + м 2 + м 3 + … + м .

За да се изрази съставът на газова смес в обемни фракции, е необходимо обемите на газовете, съставляващи сместа, да се доведат до едно и също налягане и температура. Обемът на отделен газ, включен в смес, намален до налягането на сместа, се нарича намален обем. Да се намери намаленият обем газ при налягането на газовата смес Робщо и температура Tнеобходимо е да се използва законът на Бойл-Мариот:

Р 1 Vобщо = υ 1 Робщ; Р 2 Vобщо = υ 2 Робщ;

Р 3 Vобщо = υ 3 Робщ; pVобщо = υ Робща сума

Където υ 1 , υ 2 ,υ 3 , …, υ - дадени обеми на отделните газове, съставляващи сместа; Р 1 , Р 2 , Р 3 , …, Р– парциални налягания на отделни газове;

υ 1 = υ 2 =

υ 3 = υ =

Сумата от намалените обеми на отделните газове е равна на общия обем на сместа

υ 1 + υ 2 + υ 3 + …+υ= Vобща сума

Съотношението на намалените обеми на отделните газове към общия обем на сместа се нарича фракционен обем и се означава с r:

r 1 = υ 1 / Vобщ; r 2 = υ 2 / Vобщ; r 3 = υ 3 / Vобщ; ...; r= υ / Vобща сума

Киломоларната (моларна) фракция на газ в газова смес е съотношението на броя кмоли (молове) на даден газ н 1 ,н 2 , н 3 , …, нкъм общия брой kmol (moles) газове, съставляващи тази смес:

∑н = н 1 + н 2 + н 3 + … + н

н 1 / ∑н;н 2 / ∑н;н 3 / ∑н;…;н/ ∑н.

За идеалните газови смеси съставът, изразен в обемни и молни фракции, е един и същ, т.е.

н 1 / ∑н = υ 1 / Vобщо = r 1; н 2 / ∑н = υ 2 / Vобщо = r 2;

н 3 / ∑н = υ 3 / Vобщо = r 3; н/ ∑н = υ / Vобщо = r.

Броят kmole може да се определи чрез разделяне на масите м 1 ,м 2 ,м 3 , …,м(kg) за молекулните тегла на газовете в сместа:

н 1 = м 1 /М 1 ;н 2 = м 2 /М 2 ; н 3 = м 3 /М 3 ;…; н= м/М.

Удобно е да се изчисли парциалното налягане на всеки газ въз основа на общото налягане на сместа от газове (определено експериментално) и моларното съдържание на газове в сместа съгласно формулата

Р =(н/ ∑н)Робща сума

Ако са известни масите на газовете и температурата на сместа, тогава за отделен газ се използва уравнението на състоянието на идеален газ:

Р =nRT/Vобща сума

Уравнението на състоянието на смес от газове се записва, както следва:

Рв общи линии Vобщо = ∑ nRT,

Рв общи линии Vобщо =( мсм / Мср.) RT,

Където м cm – масата на газовата смес, kg; ∑ н– сумата на газовете, съставляващи сместа, kmol; М cf е средното молекулно тегло на газовата смес, което се изчислява по формулата на правилото за смесване, като се вземат предвид молекулните тегла на газовете, които съставят сместа, и техните обемни фракции:

Мср. = М 1 r 1 + М 2 r 2 + М 3 r 3 + … + г-н.

Обемните, моларните и масовите фракции на газовете в газова смес могат да бъдат изразени като проценти. За промяна от обемни фракции, изразени като проценти r(%), към масови фракции в проценти м(%) използва формулата

м(%) =r(%) (ММср.),

Където М– молекулно тегло на даден газ; М av - средно молекулно тегло на смес от газове.

Ако съставът на газовата смес се изразява в масови фракции на отделни газове, тогава средното молекулно тегло се изчислява по формулата

М cf = .

Пример 1.Газовата смес се състои от 3 m 3 въглероден диоксид, взет при налягане 95 940 Pa, 4 m 3 кислород при налягане 106 600 Pa, 6 m 3 азот при налягане 93 280 Pa. Обемът на сместа е 10 m3. Определете парциалното налягане на газовете в сместа и общото налягане на сместа. Температурата е постоянна.

Решение Изчисляваме парциалните налягания на всеки газ, като използваме формулата на закона на Бойл-Мариот:

Pa;
Pa;

татко

Робщо = 28 782 + 42 640 + 55 968 = 127 390 Pa.

Пример 2.Сухият въздух има приблизително следния състав (%): N 2 78,09; O2 20,95 Ar 0,93; CO 2 0,03. Определете масата на 40 m 3 сух въздух при 22º C и нормално налягане.

Решение Използвайки формулата, изчисляваме средното молекулно тегло на въздуха:

Мср = ,

Мср. = 28,02 ∙ 0,7809 + 32,00 ∙ 0,2095 + 39,94 ∙ 0,0093 + 44,01 ∙ 0,0003 = 28,97.

За определяне мвъздух използваме уравнението

мвъздух =
килограма.

Пример 3.В съд с обем 2000 m3 се смесват 1 kg азот, 2 kg кислород и 3 kg водород. Изчислете частичните обеми и налягания на компонентите на газовата смес, както и общото налягане на газовата смес при 17º C.

Решение. Изчисляваме броя kmole газове, като използваме уравнението:

; ; ;

∑н = 0,03569 + 0,0625 + 1,485 = 1,583;T= 273 + 17 = 290 К.

Определете общото налягане на газовата смес Робщ:

Робщо =
татко

Изчисляваме парциалното налягане на газовете в сместа:

татко

Pa;
татко

Определяме частичните обеми на газовете:

m 3;

m 3;
м 3.

21. Цилиндър с вместимост 20 литра при 18º C съдържа смес от 28 g кислород и 24 g амоняк. Определете парциалните налягания на всеки газ и общото налягане на сместа

22. Съд с обем 7 литра съдържа 0,4 g водород и 3,15 g азот при 0º C. Определете парциалните налягания на газовете и общото налягане на газовата смес.

23. В съд с обем 6 литра се въвеждат под вакуум 1 g вода и хексан C 6 H 14, нагрят до 250º C. Изчислете парциалните обеми на газовете в сместа.

24. 5 литра азот, 2 литра кислород и 3 литра въглероден диоксид се вземат съответно под налягане 2,3 ∙ 10 5; 2,7 ∙ 10 5 и 5,6 ∙ 10 5 Pa и смесени, а обемът на сместа е 15 литра. Изчислете парциалните налягания, частичните обеми на газовете в сместа и общото налягане на газовата смес.

25. Приготвя се газова смес от 3 литра метан при налягане 95 940 Ра, 4 литра водород при налягане 83 950 Ра и 1 литър въглероден оксид при налягане 108 700 Ра. Обемът на сместа е 8 литра. Определете парциалните налягания, частичните обеми на отделните газове в сместа и общото налягане на сместа от газове.

26. Две кислородни бутилки с вместимост 3 и 4 литра са свързани една с друга чрез тръба с кран. При затворен кран налягането на кислорода в първия цилиндър е 55 970 Pa, във втория - 103 500 Pa. Температурата на газа е същата. Какво ще бъде налягането в бутилките при същата температура, ако отворите крана? Пренебрегвайте обема на тръбата.

27. Три цилиндъра с вместимост 3, 7 и 5 литра се пълнят съответно с кислород ( Pa), азот ( Pa) и въглероден диоксид ( Pa) при същата температура. Цилиндрите са свързани един с друг и се образува смес с еднаква температура. Какво е общото налягане на газовата смес?

28. Смес от азот и водород се намира в газомер с вместимост 8 литра при 20º C. Парциалното налягане на водорода е 50 660 Pa, количеството на азота е 0,85 mol. Определете налягането на газовата смес в газомер.

29. Смес, съдържаща азот и 0,854 mol водород, при налягане 3,55 ∙ 10 5 Pa и 20º C, заема обем от 25 литра. Определете броя на моловете азот и масата на азота.

30. Смес от газове има състав (обемна фракция,%): H 2 3,0; CO 2 11.0; CO 26.0; N 2 60.0. Определете масата на 80 m 3 от тази смес при 15º C и нормално атмосферно налягане.

Ако газът се състои от смес от няколко газа, тогава законът на Далтон ще помогне да се изчисли налягането на сместа

Където p v p 2 , ръ - парциални наляганиягазове, включени в сместа.

Парциално наляганее налягането, което газът би имал, ако сам заемаше целия наличен обем.

Молекулярно-кинетична теория(MKT) възниква през 19 век. и представи структурата на материята (главно газове) от гледна точка на три положения:

всички тела се състоят от частици: атоми и молекули;
частиците са в непрекъснато хаотично движение (термично);
частиците взаимодействат една с друга чрез идеално еластични сблъсъци.

MCT се превърна в една от най-успешните физически теории и беше потвърдена от редица експериментални факти. Имаше ясно експериментално потвърждение на хаотичното топлинно движение на атомите и молекулите Брауново движение.

Брауново движение – това явление е открито от Робърт Браун 1 през 1827 г. Наблюдавайки през микроскоп движението на цветен прашец, суспендиран във вода, той вижда неподредени зигзагообразни траектории на частиците.

Причината за брауновото движение е топлинното движение на молекулите на средата, което се причинява от колебанията на налягането. Ударите на молекулите на средата водят частицата в произволно движение: нейната скорост бързо се променя по големина и посока. Пълна теория за Брауновото движение е дадена по-късно от Алберт Айнщайн и Мариан Смолуховски.

Основно MKT уравнение. Налягането на газ върху стената на съда се определя от импулса, който газовите молекули предават на стената на съда, когато се сблъскат с нея. Колкото по-висока е скоростта на молекулата, толкова по-голям импулс носи, толкова по-силно действа на стената, т.е. Р ~ v.Освен това, колкото по-голяма е масата на молекулата T, толкова по-висок е импулсът, Р ~ T.Колкото по-висока е концентрацията на молекулите Птолкова по-често възникват сблъсъци, следователно, Р ~ П.Ако приемем, че налягането е разпределено равномерно във всички посоки в пространството (x, z/, z), накрая пишем

Кинетична енергия на една молекула E = mv / 2. Свързвайки последните две уравнения едно с друго, получаваме

Последното уравнение се нарича основно уравнение на MKT.Това уравнение показва, че средната кинетична енергия на идеалните газови молекули (E)пропорционално на неговата температура T.Имайте предвид, че уравнението е написано за моноатомен идеален газ. За многоатомен газ ще приеме формата

Където аз -броя на степените на свобода на една молекула, която вече ви е известна. От равенството

следва това средна квадратична скоростмолекули на едноатомен газ е равно на

Разпределението на Максуел 1 е вероятностно разпределение, което често се среща в равни части на физиката (и не само) и е в основата на MCT. Разпределението на Максуел е приложимо и за процеси на електронен трансфер, за да се опишат свойствата на отделните молекули в газ. Обикновено това разпределение се отнася до разпределението на енергиите на молекулите в газ, но може да се приложи и към разпределението на скоростите, импулсите и модулите на молекулите. Може също да се изрази като дискретно разпределение върху много отделни енергийни нива или като непрекъснато разпределение върху някакъв континуум на енергия.

Ще се ограничим да разгледаме само едно приложение на разпределението на Максуел - разпределението на скоростта на газовите молекули.

Математически функцията на разпределението на Максуел (фиг. 4.1) се записва по следния начин:

Ориз. 4.1.

Нека обясним математическото значение на функцията на разпределение. Всяка функция на разпределение (включително тази на Максуел) показва вероятността определено количество (в нашия случай скоростта на газовите молекули v)приема определена определена стойност. Функция на разпределение на скоростта на Максуел f(v)показва вероятността скоростта на една газова молекула да е v.

На фиг. 4.1 на кривата на разпределение на скоростта са отбелязани три характерни точки: o - най-вероятноскорост на молекулата (съответства на максимума, тъй като има най-голяма вероятност, откъдето идва и името), r> sr - Средната скоростмолекули (вероятността му е малко по-малка) и g; kv - среден квадратскорост (с още по-малка вероятност).

Нека дефинираме математически изрази и за трите скорости. За да намерите най-вероятната скорост, която съответства на максималната стойност /( v),трябва да се изчисли df/dv,задайте го равно на нула и решете v

Джеймс Клерк Максуел (1831 - 1879) - британски физик и математик. Той постави основите на съвременната класическа електродинамика (уравненията на Максуел), въведе във физиката понятията ток на изместване и електромагнитно поле, предсказа съществуването на електромагнитни вълни, електромагнитната природа на светлината, един от основателите на кинетичната теория на газовете и автор на принципа на цветната фотография.

Парциалното налягане на всеки газ, включен в сместа, е налягането, което би се създало от същата маса на даден газ, ако заемаше целия обем на сместа при същата температура.

В природата и техниката много често имаме работа не само с един чист газ, а със смес от няколко газа. Например въздухът е смес от азот, кислород, аргон, въглероден диоксид и други газове. От какво зависи налягането на газовата смес?

През 1801 г. Джон Далтън установява това налягането на смес от няколко газа е равно на сумата от парциалните налягания на всички газове, съставляващи сместа.

Този закон се наричаше закон за парциалното налягане на газовете

Законът на Далтон Парциалното налягане на всеки газ, включен в смес, е налягането, което би се създало от същата маса на даден газ, ако заемаше целия обем на сместа при същата температура.

Законът на Далтон гласи, че налягането на смес от (идеални) газове е сумата от парциалните налягания на компонентите на сместа (парциалното налягане на компонент е налягането, което компонентът би упражнил, ако сам заемаше цялото заето пространство от сместа). Този закон показва, че всеки компонент не се влияе от присъствието на други компоненти и свойствата на компонентите в сместа не се променят.

Двата закона на Далтон

Закон 1 Налягането на смес от газове е равно на сумата от техните парциални налягания. От това следва, че парциалното налягане на компонент на газова смес е равно на произведението от налягането на сместа и молната част на този компонент.

Закон 2 Разтворимостта на компонент на газова смес в дадена течност при постоянна температура е пропорционална на парциалното налягане на този компонент и не зависи от налягането на сместа и естеството на другите компоненти.

Законите са формулирани от J. Dalton респ. през 1801 и 1803 г.

Уравнение на закона на Далтон

Както вече беше отбелязано, отделните компоненти на газовата смес се считат за независими. Следователно всеки компонент създава натиск:

\[ p = p_i k T \quad \left(1\right), \]

и общото налягане е равно на сумата от наляганията на компонентите:

\[ p = p_(01) k T + p_(02) k T + \cdots + p_(i) k T = p_(01) + p_(02) + \cdots + p_(i) \quad \left( 2\вдясно),\]

където $p_i$ е парциалното налягане на i газовия компонент. Това уравнение е законът на Далтон.

При високи концентрации и високи налягания законът на Далтон не се изпълнява точно. Тъй като има взаимодействие между компонентите на сместа. Компонентите вече не са независими. Далтън обяснява закона си с помощта на атомистичната хипотеза.

Нека има i компонент в смес от газове, тогава уравнението на Менделеев-Клиперон ще има формата:

\[ ((p)_1+p_2+\dots +p_i)V=(\frac(m_1)((\mu )_1)+\frac(m_2)((\mu )_2)+\dots +\frac(m_i )((\mu )_i))RT\ \quad \left(3\right), \]

където $m_i$ са масите на компонентите на газовата смес, $(\mu )_i$ са моларните маси на компонентите на газовата смес.

Ако влезете $\left\langle \mu \right\rangle $така че:

\[ \frac(1)(\left\langle \mu \right\rangle )=\frac(1)(m)\left[\frac(m_1)((\mu )_1)+\frac(m_2)( (\mu )_2)+\точки +\frac(m_i)((\mu )_i)\right] \quad \left(4\right), \]

тогава записваме уравнение (3) във формата:

\[ pV=\frac(m)(\left\langle \mu \right\rangle )RT \quad \left(5\right). \]

Законът на Далтон може да се запише като:

\[ p=\sum\limits^N_(i=1)(p_i)=\frac(RT)(V)\sum\limits^N_(i=1)((\nu )_i)\ \quad \left (6\вдясно). \]

\[ p_i=x_ip\ \quad \left(7\right), \]

Където $x_i-моларна\ концентрация\ на i-тия$газ в сместа, докато:

\[ x_i=\frac((\nu )_i)(\sum\limits^N_(i=1)(n_i))\ \quad \left(8\right), \]

където $(\nu )_i $ е броят молове $i-ти $ газ в сместа.

Javascript е деактивиран във вашия браузър.
За да извършвате изчисления, трябва да активирате ActiveX контролите!