График зависимости температуры от давления: Графики зависимости «Давление/температура» — GF Piping Systems

Содержание

Фазовые диаграммы полностью смешивающихся жидкостей.


Верхняя линия на рис. 6.10 представляет собой кривую полного давления пара для идеального раствора, состоящего из двух компонентов А и В. При любых давлениях пара и составах, соответствующих точкам графика, которые расположены выше этой линии, смесь компонентов А и В представляет собой жидкость. При любых давлениях пара и составах ниже этой линии смесь представляет собой пар. При любых давлениях пара и составах, соответствующих данной линии, жидкость и пар находятся в равновесии:

Жидкость — Пар

Рассмотрим теперь условия, при которых происходит кипение трех разных смесей в рассматриваемой системе.

Смесь С представляет собой жидкость под давлением 1 атм (рис. 6.11). Чтобы заставить эту жидкость кипеть, не повышая температуру, нужно понизить ее давление от 1 атм (точка Q до давления, соответствующего точке С на линии фазового равновесия.

Эта точка соответствует давлению, при котором происходит кипение смеси С, при данной температуре. В точке С жидкость и пар находятся в равновесии.

Смесь D представляет собой пар, находящийся под давлением 1 атм. Это состояние изображается на диаграмме точкой D. Чтобы сконденсировать пар, не уменьшая температуры, нужно увеличить его давление до точки D’ на линии равновесия жидкость-пар. Эта точка соответствует давлению пара кипящей смеси D при данной температуре.

Смесь E кипит при давлении 1 атм и температуре системы. Точка E соответствует давлению пара и составу жидкости при равновесии между паром и жидкостью. Но зададимся вопросом каков состав пара в этой точке? Пар двухкомпонентного раствора представляет собой смесь пара более летучего компонента А и пара менее летучего компонента В. Частицы более летучего компонента обладают большей способностью переходить из жидкости в паровую фазу, чем частицы менее летучего компонента. Поэтому паровая смесь оказывается в большей мере обогащенной компонентом А по сравнению с жидкой фазой.

В результате мольная доля компонента А в паровой фазе оказывается больше, чем его мольная доля в жидкой фазе. Состав пара соответствует точке E на рис. 6.11.


 


Если построить график зависимости давления пара жидкой смеси (т. е. раствора) от состава пара во всем диапазоне изменений составов, получится показанная на рис. 6.12 нижняя кривая. Верхняя кривая на этом рисунке-это график зависимости давления пара жидкой смеси от состава жидкости. Она соответствует графику, изображенному на рис. 6.11, и верхней линии на рис. 6.10.

При повышении температуры парциальные давления пара обоих компонентов жидкой смеси и полное давление пара смеси возрастают, как и должно быть согласно закону Шарля (см. разд. 3.1). На рис. 6.13 показаны графики зависимости давления паров жидкой смеси от ее состава при трех разных температурах. Чем выше температура, тем больше угол наклона такого графика. При давлении 1 атм смесь состава хА(¥) кипит, когда ее температура равна T3; смесь состава xA(G) кипит при температуре T2 и т.

д.

Если построить график зависимости температуры кипения от состава жидкой смеси, получится кривая температур кипения, показанная на рис. 6.14. Точка С на этой кривой соответствует жидкости состава л:А(С) при ее температуре кипения T(C). При этой температуре давление пара смеси равно внешнему давлению и пар находится в равновесии с жидкостью. По указанной выше причине пар смеси оказывается богаче ее более летучим компонентом. Этот компонент имеет более низкую температуру кипения. Состав пара при данной температуре кипения соответствует точке D на рис. 6.14. Если соединить все такие точки, указывающие состав пара при различных температурах кипения, получится показанная на рис. 6.15 верхняя кривая.

 

 


Рис. 6.12. Фазовая диаграмма жидкой смеси при постоянной температуре, показывающая состав жидкости и пара.

 


Рис. 6.13. Влияние повышения температуры на фазовую диаграмму жидкость пар.

 

Фазовые диаграммы жидкость-пар при постоянном давлении играют очень важную роль при изучении перегонки. Если, например, перегонке подвергается смесь состава хА(С), то дистиллат будет иметь состав xA(D). Если затем подвергнуть дистиллат повторной перегонке, то новый дистиллат будет иметь состав хА(Е). Повторная перегонка делает теоретически возможным полное разделение компонентов А и В. Этот принцип лежит в основе фракционной (дробной) перегонки.


 


Рис. 6.15. Фазовая диаграмма жидкой смеси при постоянном давлении, показывающая состав жидкости и пара.

 

Оглавление:


Типы давления: абсолютное давление, избыточное давление, дифференциальное давление

Наравне с температурой давление является одним из наиболее важных параметров, описывающих физическое состояние среды. Давление определяется как сила (FN), постоянно действующая на заданную площадь поверхности (A). Типы давления отличаются друг от друга только по отношению к выбранному эталонному давлению.

Абсолютное давление

Наиболее приемлемым эталонным давлением является нулевое, которое существует в безвоздушном космическом пространстве. Любое давление относительно данного известно как абсолютное давление. Абсолютное давление обозначается как “ abs”, что является сокращением от латинского слова “absolutus”, означающего отдельный, независимый.

Атмосферное давление

Наверное наиболее важным типом давления для жизни на земле является атмосферное давление, p

amb (amb = ambiens = окружающий). Это давление образовано массой атмосферы, окружающей землю на высоте примерно до 500 км. До этой высоты, на которой абсолютное давление pabs = 0, его величина постоянно уменьшается. Тем не менее, атмосферное давление подвержено погодным колебаниям, что хорошо нам известно из ежедневного прогноза погоды. На уровне моря pamb в среднем составляет 1013,25 гектопаскаля (ГПа), что соответствует 1013,25 миллибара (мбар). Благодаря “циклонам” и “антициклонам” атмосферное давление может колебаться в пределах, примерно, 5 %.

Дифференциальное давление

Разница между двумя величинами давления p1 и p2 известна как перепад давления Δp = p1 — p2. В случаях, когда разница между двумя значениями представляет собой измеренное значение переменной процесса, говорят, что требуется измерить дифференциальное давление p

1,2. В ассортименте WIKA дифференциальный манометр измеряет разность двух давлений.

Избыточное (манометрическое) давление

К наиболее часто встречающемуся типу измеряемого давления на технологических объектах относится перепад атмосферного давления, Pe (e = excedens = превышение). Оно представляет собой разницу между абсолютным давлением Pabs и относительным (абсолютным) атмосферным давлением (pe = pabs – pamb), более известное как избыточное давление (манометрическое).

Понятие «положительное избыточное давление» используют, когда абсолютное давление превышает атмосферное. В противном случае говорят об отрицательном избыточном давлении.

Сокращения в формулах “abs”, “amb” и “e” однозначно указывают на тип измеряемого давления. Эти сокращения относятся в формулах к букве Р, но не к единицам измерения.


Неважно какое давление — абсолютное, избыточное или дифференциальное давление. С помощью WIKA вы подберете необходимый измерительный прибор для любого типа давления:

Свяжитесь с нами

Вам нужна дополнительная информация? Напишите нам:

Изопроцессы: изобарный, изотермический, изохорный. Графическое представление. Тест

Вопрос 1. Уравнением изохорного процесса для данной массы идеального газа является:

Вопрос 2. Изображенный график для данной массы идеального газа соответствует уравнению:

Вопрос 3. Изохорному процессу в идеальном газе соответствует график

Вопрос 4. Газ переходит из состояния I в состояние II. Какой из графиков на рисунке является графиком изотермического сжатия?

Вопрос 5. Газ переходит из состояния I в состояние II. Какой из графиков на рисунке является графиком изобарного сжатия?

Вопрос 6. На рисунке приведен график зависимости давления газа на стенки сосуда от температуры. Какой процесс изменения состояния газа изображен на рисунке?

Вопрос 7. На рисунке приведен график зависимости объема, занимаемого газом, от температуры. Какой процесс изменения состояния газа изображен на рисунке?

Вопрос 8. Как обеспечить изохоричность процесса в газе?

Вопрос 9. При изотермическом процессе давление газа уменьшилось в 3 раза. Изменилась ли концентрация газа в сосуде?

Вопрос 10. На рисунке изображен график зависимости давления от температуры для некоторой массы идеального газа.


Какой из графиков на рисунке выражает зависимость давления от объема для этого газа?

Вопрос 11. На рисунке изображен график зависимости объема от температуры для некоторой массы идеального газа.

Какой из графиков на рисунке выражает зависимость давления от объема для этого газа?

Вопрос 12. На рисунке изображено изобарное расширение кислорода массой 0,1 кг. Какое давление оказывает газ на стенки сосуда?

Вопрос 13. На рисунке изображено изохорное нагревание водорода массой 8 кг. Чему равен объем газа?

Вопрос 14. При изобарном процессе концентрация газа увеличилась в 5 раз. Изменилась ли при этом средняя кинетическая энергия молекул данной массы газа?

Вопрос 15. На рисунке приведены две гиперболы I и II, соответствующие изотермическим процессам при разных температурах.

Какая из изотерм соответствует более высокой температуре?

Газообразное состояние | Группа Грандинетти

У нас есть довольно хорошее понимание газообразного состояния с точки зрения связи между переменными, описывающими микроскопическое (атомарного масштаба) царство, и переменными, описывающими макроскопическое царство.

В микроскопическом мире мы можем говорить о положении, скорости и массе отдельных атомов, и все они подчиняются законам движения Ньютона. Затем, используя статистическую механику и средние значения, мы можем связать эти переменные с макроскопическим миром, говоря о таких величинах, как давление, объем, температура и моли.А пока давайте сосредоточимся на макроскопическом мире и найдем уравнение состояния, которое расскажет нам о взаимосвязях между всеми этими макроскопическими мировыми величинами.

Закон Бойля: p V = константа

Мы начнем с экспериментальных наблюдений Роберта Бойля, который показал, что величины давления, умноженные на объем, являются постоянными для образца, находящегося в равновесии. Это называется законом Бойля. Это показано на диаграммах ниже.

Каждая линия на графике представляет собой линию постоянной температуры и называется изотермой.На графике зависимости $p$ от $1/V$ мы видим, что изотермы представляют собой прямые линии с постоянным наклоном.

Для идеального газа произведение давления на объем постоянно, но для реальных газов это не всегда верно.

Прямая горизонтальная линия на графике зависимости $pV$ от $p$ относится к идеальному газу, а две другие линии относятся к некоторым реальным газам. Здесь следует отметить, что когда давление стремится к нулю, все газы становятся идеальными, и это подтверждается тем фактом, что когда $p$ стремится к нулю, все линии сходятся в одной и той же точке.Что означает нулевое давление? Нулевое давление — это полный вакуум. Другими словами, молекулы газа отсутствуют. Как можно объяснить эти отклонения от закона Бойля? Во-первых, давайте посмотрим, что происходит, когда давление достигает нуля. Почему все газы подчиняются закону Бойля при $p=0$ атм? При низких давлениях плотность газа мала. Таким образом, столкновение молекул газа становится редким событием. Итак, хорошая гипотеза состоит в том, что закон Бойля работает только для молекул, которые никогда не взаимодействуют с другими молекулами.

Хорошо, тогда что заставляет pV производить меньше идеального значения при первоначальном увеличении давления? Это объясняется притяжением между молекулами газа, которые изменяют свои траектории, заставляя их реже ударяться о стенки. Если молекулы реже ударяются о стенку, то и давление будет ниже.

И что заставляет произведение pV превышать идеальное значение, когда давление становится намного выше? При высоких давлениях плотность газа выше и столкновения между молекулами газа учащаются.Это увеличение столкновений с другими молекулами приводит к тому, что молекулы чаще ударяются о стенку, что приводит к увеличению давления. Кроме того, молекулы с большими объемами имеют больше шансов столкнуться, поэтому этот эффект усиливается по мере увеличения размера молекулы.

А пока вернемся к поведению идеального газа, где $pV$ постоянна. Используя эти отношения, мы можем говорить о теме сжимаемости и одной из опасностей подводного плавания. На графике ниже мы видим, что низкая сжимаемость означает, что что-то трудно сжать, т.е.е. , большое изменение давления приводит к небольшому изменению объема. Точно так же высокая сжимаемость означает, что что-то легче сжать, т. е. , маленькое изменение давления приводит к большому изменению объема.

Вы можете думать о сжимаемости с точки зрения плотности. То, что имеет высокую плотность, например твердое тело, имеет очень низкую сжимаемость, поскольку требуется большое давление, чтобы хотя бы незначительно изменить объем, тогда как то, что имеет низкую плотность, например газ, имеет очень высокую сжимаемость.

Теперь давайте посмотрим, как эти идеи связаны с дайвингом. Среди дайверов хорошо известно, что погружение на поверхность может быть более опасным, чем погружение на большую глубину. Мы можем понять это, сначала заметив, что на каждые 10 метров погружения в воду давление увеличивается примерно на 1 атм.

Следовательно, когда вы задерживаете дыхание, вы создаете замкнутую систему с вашими легкими, и поэтому закон Бойля будет выполняться. Если вы опуститесь на 90 метров (при 10 атм) и подниметесь на 10 метров до 80 метров (при 9 атм), давление уменьшится примерно на 10%, а поскольку $pV$ является постоянной величиной, ваши легкие расширятся примерно на 10% (вероятно, не так уж и плохо).Вот если бы вы были на 10 метрах (при 2 атм) и вы поднялись на 10 м на поверхность (при 1 атм) давление уменьшилось на 50% и расширение ваших легких на этот коэффициент могло привести к значительным повреждениям, а то и к летальному исходу!

Закон Чарльза

Теперь давайте посмотрим на отношения между объемом и температурой. Эти отношения были обнаружены Жаком Шарлем и Жозефом Луи Гей-Люссаком.

На приведенном выше графике зависимости $V$-$T$ мы видим, что зависимость является линейной с точкой пересечения с абсолютным нулем по шкале Кельвина. Наклон зависит от давления и количества газа. Пунктирные линии на графике должны представлять тот факт, что вы не можете достичь абсолютного нуля.

Закон Авогадро: V/n = константа

При постоянном давлении и постоянной температуре закон Авогадро говорит нам, что $V/n = \text{константа}$.

Эмиль Клапейрон объединил законы Бойля, Шарля и Авогадро и получил уравнение состояния, которое мы обсуждали ранее. Итак, мы знаем…

  1. если температура постоянна, то $pV=$константа.
  2. , если давление постоянно, то объем пропорционален температуре.
  3. Если Давление постоянно, то Объем пропорционален n (количество газа в молях).

Следовательно, мы можем написать

$R$ — это константа пропорциональности, называемая универсальной газовой постоянной и имеющая значение $R=8,314 \mbox{ Дж/(K$\cdot$mol)}$ (единицы измерения важны!).

Определение стандартной температуры и давления…

Стандартная температура: $T = 273$ K

Стандартное давление: $p = 1$ атм

, используя $p V = n R T$, мы находим, что 1 моль при STP (стандартная температура и давление) имеет объем 22. 4 литра.

$V_{\mbox{СТП}} = \displaystyle \frac{n R T}{p} = \ гидроразрыв {\ влево (1 \ mbox { моль} \ вправо) \cdot \осталось( 0,08206 \mbox{ л$\cdot$атм/(моль$\cdot$K)} \справа) \left( 273 \mbox{ K}\right)}{1 \mbox{ атм}} = 22,4 \mbox{ л} $

2,96 г хлорида ртути, испаренного в колбе объемом 1,0 л при 680 К и $p=453$ торр. Какова молярная масса?

Предположим, что поведение газа идеально, т. е. $p V = n R T = (m/M) R T$, и перестроим, чтобы получить $M = m R T/(p V)$. Затем найдите $M$ (молярная масса).

млн долларов = \влево(2.96\mbox{г}\вправо) \cdot \left(\displaystyle \frac{0.08206\mbox{L}\cdot\mbox{атм}}{\mbox{K}\cdot \mbox{mol}}\right) \cdot \влево(680\mbox{К}\вправо) \cdot \осталось( \displaystyle\frac{760\mbox{торр}}{1\mbox{атм}} \правильно) \cdot \осталось( \displaystyle\frac{1}{453 \mbox{торр}} \правильно) \cdot \осталось( \displaystyle\frac{1}{1.0\mbox{L}} \правильно) = 277\mbox{ г/моль}$

Используя PhySyCalc, вы можете просто ввести числа с единицами измерения прямо в калькулятор, не беспокоясь о переводе единиц измерения или поиске значения для $R$, и получить ответ:

2. 96 г • R • 680 K / (453 торр • 1,0 л) .. г/моль = 277,0980328513425 г/моль ~ 277 г/моль

Мы также можем использовать закон идеального газа как способ преобразования объемов в моли при расчете стехиометрических величин в химических реакциях.

Образец CH$_4$(g) объемом 2,80 л при 25°C и 1,65 атм воспламенили с образцом газообразного кислорода объемом 35,0 л при 31°C и 1,25 атм с образованием CO $_2$ и пары H$_2$O. Рассчитайте объем CO$_2$, образовавшийся при давлении 2.50 атм и температуре 125°С.

  1. Сначала найдите ограничивающий реагент.
    (Для твердых тел, жидкостей и газов — мы всегда можем рассчитать количество молей по массе и молекулярной массе. Однако для идеального газа мы также можем преобразовать объем в моли, используя PV=nRT).

    $n_{\mbox{CH$_4$}} = \displaystyle \frac{pV}{RT} = \влево(1,65\mbox{ атм} \вправо) \cdot \влево(2.80\mbox{L}\вправо) \cdot \осталось( \displaystyle\frac{\mbox{K}\cdot\mbox{моль}}{0,08206\mbox{L}\cdot\mbox{атм}} \правильно) \cdot \осталось( \displaystyle\frac{1}{298\mbox{K}} \правильно) = 0. 189\mbox{ моль}$

    $n_{\mbox{O$_2$}} = \displaystyle \frac{pV}{RT} = \влево(1,25\mbox{ атм} \вправо) \cdot \влево(35.0\mbox{L}\вправо) \cdot \осталось( \displaystyle\frac{\mbox{K}\cdot\mbox{моль}}{0,08206\mbox{L}\cdot\mbox{атм}} \правильно) \cdot \осталось( \displaystyle\frac{1}{304\mbox{K}} \правильно) = 0,175\mbox{ моль}$

    С

    $\влево(0,189\mbox{ моль}\вправо) \cdot \осталось( \displaystyle \frac{2\mbox{моль O$_2$}}{1 \mbox{моль CH$_4$}} \правильно) = 0,378 \mbox{ моль O$_2$}

    Тогда кислород в избытке, а CH$_4$ является лимитирующим реагентом.

  2. Объем произведенного CO 2 :

    $n_{\mbox{CO$_2$}} = \влево(0,189 \mbox{ моль} \вправо) \cdot \осталось( \displaystyle \frac{1 \mbox{ моль CO$_2$}}{1 \mbox{ моль CH$_4$}} \правильно) = 0,189 \mbox{моль CO$_2$}$

    $V_{\mbox{CO$_2$}} = \displaystyle \frac{n R T}{p} = \frac{\left(0,189 \mbox{моль CO$_2$} \right) \cdot \осталось( 0,08206 \mbox{ л$\cdot$атм/(моль$\cdot$K)} \справа) \left( 398 \mbox{ К}\right)}{2,50 \mbox{ атм}} = 2,47 \mbox{ л} $

    Итак, их 2. Произведено 47 литров CO 2 .

Плотность против давления и температуры

Плотность Соотношение массы до объема вещества:

ρ = M / V [1]

, где
ρ = плотность, агрегаты обычно [кг / m 3 ] или [lb/ft 3 ]
m = масса в единицах измерения, обычно [кг] или [lb]
V = объем, единицы измерения обычно [m 3 ] или [ft 3 ]

Под рисунками приведены табличные значения и преобразование единиц плотности.

См. также Воздух Состав и молекулярная масса, Плотность и удельная масса при различной температуре, Коэффициенты диффузии газов в воздухе, Динамическая (абсолютная) и кинематическая вязкость, Число Прандтля, Удельная теплоемкость при различной температуре и Удельная теплоемкость при различном давлении, Теплопроводность, Температуропроводность, Свойства в условиях газожидкостного равновесия и Теплофизические свойства воздуха, для других свойств воздуха .

См. Плотность и удельный вес ацетона, аммиака, аргона, бензола, бутана, углекислого газа, монооксида углерода, этана, этанола, этилена, гелия, водорода, метана, метанола, азота, кислорода, пентана, пропан, толуол и вода, а также плотность сырой нефти , плотность мазута , плотность смазочного масла и плотность топлива для реактивных двигателей в зависимости от температуры.

Рисунки, показывающие плотность воздуха при атмосферном давлении (80–105 кПа, 0,8–1,05 бар абс., ​​11,6–15,4 фунт/кв. дюйм абс.) и температуре:

Наверх -20 бар, 0–300 фунтов на кв. дюйм) при выбранных температурах:

Вернуться к началу

Цифры, показывающие плотность воздуха как функцию абсолютного давления (1–10 000 бар, 14,5–150 000 фунтов на кв. дюйм) при выбранных температурах:

Вернуться к началу

Вес или плотность воздуха ( фунта на кубический фут) для различных манометрических давлений (psi) :

Для полной таблицы — поверните экран!

0 0 1 250 250

600

7

8

0 0 1 4.49 0 5
Датчик
Давление

Плотность воздуха [LB / FT 3 ] При разных температурах [° F]
[PSI] 30 40 50 60 70 80 90 100 120 140 150 200 300205 300201 400 9002 400 500205 500 500 5 600
0
0. 081 0,080 0,078 0,076 0,075 0,074 0,072 0,071 0,069 0,066 0,065 0,060 0,056 0,052 0,046 0,041 0,038
5 5 0.109 0.109 0.107 0.105 0.102 0.101 0,099 0.097 0,095 0,092 0,089 0,087 0,081 0,075 0,070 0,062 0,056 0,05
10 0,136 0,134 0,131 0,128 0.126 0.124 0.121 0.121 0.119 0.115 0.111 0.109 0.101 0.094 0,088 0,078 0,070 0,063
20 0,192 0,188 0,185 0,180 0,177 0,174 0,171 0,168 0,162 0,156 0. 154 0.154 0.142 0.132 0.123 0.123 0.109 0,098 0,089 0,089
30 0247 0,242 0,238 0,232 0,228 0,224 0,220 0,216 0,208 0,201 0,198 0,183 0,170 0,159 0,141 0,126 0,114
40 40 0,295 0.295 0.291 0.284 0.279 0.274 0.274 0.269 0,264 0,255 0,246 0,242 0,225 0,208 0,195 0,172 0,154 0,140
50 0,357 0,350 0,344 0,336 0.330 0. 324 0.324 0.312 0.312 0.302 0.291 0.287 0.265 0.265 0.246 0,23 0,203 0,182 0,165
60 0,412 0,404 0,397 0,388 0,381 0,374 0,367 0,361 0,348 0,337 0.331 0.331 0.306 0.284 0.266 0.235 0.235 0.210 0.190
70 0.467 +0,458 0,451 0,440 0,432 0,424 0,416 0,409 0,395 0,382 0,375 0,347 0,322 0,301 0,266 0,238 0,216
80200 80 0. 522 0.522 0.512 0.504 0.492 0.482 0,483 0,474 0.465 0,457 0,441 0,427 0,420 0,388 0,361 0,337 0,298 0,267 0,241
90 0,578 0,566 0,557 0,544 0.534 0.534 0.524 0.515 0.505 0.505 0.488 0,472 0,464 0,429 0,429 0.399 0,372 0,329 0,295 0,267
100 0,633 0,620 0,610 0,596 0,585 0,574 0,564 0,554 0,535 0,517 0.508 0.508 0.470 0.437 0.438 0. 460 0.323 0,292 0,292
120 120201 0.743 По 0,728 0,717 0,700 0,687 0,674 0,662 0,650 0,628 0,607 0,597 0,552 0,513 0,479 0,423 0,379 0,343
140 140201 0.853 0,836 0.836 0.823 0,823 0,889 0,789 0,774 0.760 0,747 0,721 0,697 0,686 0,634 0,589 0,550 0,486 0,436 0,394
150 0,909 0,890 0,876 0,856 0.840 0.8424 0.824 0,895 0,795 0,768 0,742 0,742 0. 730 0.675 0.627 0,586 0,518 0,464 0,420
200 1,185 1,161 1,142 1,116 1,095 1,075 1,055 1,036 1,001 0,967 0.951 0.951 0.879 0.817 0.864 0.764 0.675 0.675 0.604 0.547
250 1.46 +1,431 1,408 1,376 1,350 1,325 1,301 1,278 1,234 1,193 1,173 1,084 1,008 0,941 0,832 0,745 0,675
300200 300 300201 1.736 1.702 1.674 1.674 1.636 1.605 1. 575 1.547 По 1,519 1,467 1,418 1,395 1,289 1,198 1,119 0,989 0,886 0,802
400 2,29 2,24 2,21 2,16 2.12 2.08 2.08 2.04 2.04 2.00 1.933 1.868 1.838 1.698 1.579 1.579 1.475 1,303 1,167 1,057
500 2,84 2,78 2,74 2,68 2,63 2,58 2,53 2,48 2,4 2,32 2,28 2.11 1.959 1.959 1.83 1.618 1.449 1.449 1.312
700 7001 3.94 3. 86 3.8 3.72 3.72 3.65 3.58 3.51 3 3.33 3.22 3.22 3.17 293 292 2.54 299 201 1.822
800 800 4.49 4.4 4.33 4.24 4.16 4,08 4,009 4,00 3.93 3.8 3.67 3.67 3.61 3.34 3.1 2.9 2.29 2,08
900 900 1 5.05 4,95 4,87 4,76 4,67 4,58 4.50 4.50 4.42 4.26 4,26 4.12 4,05 3.75 3.48 3.25 2,87 2,58 2. 33
1000
5.6 5.49 5.4 5.28 5.18 5.08 499 499 49 4,73 4,57 4,5 4.16 3.61 3.19 3.19 2.86 2.59 2.59

Вернуться к началу

Вес или плотность воздуха ( килограмма на кубический метр) для разных дат давления (бар) :

для полной таблицы — Враща экран!

0 1 121.1 121.1 1 148.9 148.9 5

204.4 260,09 260201 315.6
97 0.69 3,72
Датчик Давление
Давление
Плотность воздуха [кг / м 3 ] При разных температурах [° C] [BAR] -1.1 4,4 10,0 15,6 21,1 26,7 32,2 37,8 48,9 60,0 65.6 93.3 93.3 93.3
0.00 1.30 1.28 1.25 1.22 1.19 1.15 1,14 1.11 1.06 1.04 0,90 0,90 0.83 0.83 0.74 0.66 0.66 0.61
0,34 0,34 1.75 1.71 1.68 1.63 1.62 1.59 1.59 1.55 1.52 1.47 1.43 1.39 1.30 1.20 1.12 0,99 0,90 0,80201 9005
0.69 2.18 2.15 2.10 2.10 2.05 2.02 1.99 1.94 1.91 1.84 1.78 1.75 1,62 1,51 1,41 1,25 1,12 1,01
1,38 3,08 3,01 2,96 2,88 2,84 2,79 2,74 2,69 2.59 2.59 2.50 2.47 2.27 2.27 2.11 1.97 1.75 1.57 1.43
2.07 3,96 3,88 3,81 3,72 3,65 3,59 3,52 3,46 3,33 3,22 3,17 2,93 2,72 2,55 2,26 2,02 1.83 1,83
2,72 2,72 4,84 4,73 4,66 4,55 4,47 4,39 4.31 4.23 4.08 4.08 3.94 3.88 3.60 3.12 2969 9005
3.45 5.61 5.51 5.38 5.29 5.29 5.19 5.19 5.09 5.09 5.00 4,84 4,66 4,60 4,24 3.94 3.68 3.25 3.25 2.92 2.64
4.14 60205 60201 60205 6.36 6.22 6.10 5.99 5.88 5.78 5.57 5.30 4.90 4.90 4.55 4.26 4.26 3.76 3.36 3.04
4,83 4,83 7.48 7.34 7.22 7.22 7.05 6.92 6.99 6.79 6.66 6.55 6.33 6.12 6.01 5.56 5.16 4,82 4,26 3.81 3.46
5.52 8.36 8.36 8.36 8.07 8.07 7.88 7.74 7.59 7.45 7.32 7.06 6,84 6,73 6,22 5,78 5,40 4,77 4,28 3,86
6,21 9,26 9,07 8,92 8,71 8,55 8,39 8.25 8.25 8.09 7.82 7.56 7.56 7.43 6.87 6.39 5.96 5.27 4.73 4,28
6,89 10,14 9,93 9,77 9,55 9,37 9,19 9,03 8,87 8,57 8,28 8,14 7,53 7,00 6.54 6.54 5.77 5,77 5.17 4,68
8.27 8.27 8.27 11.90 11.66 11.49 11.21 11.00 10,80 10,60 10,41 10,06 9,72 9,56 8,84 8,22 7,67 6,78 6,07 5,49
9,65 13.66 13.39 13.39 13.18 12.88 12.88 12.64 12.40 12.40 12.17 11.97 11.55 11.16 10.99 10,16 9,43 8,81 7,78 6,98 6,31
10,34 14,56 14,26 14,03 13,71 13,46 13,20 12,96 12.73 12.30 12.30 11.89 11.69 10.81 10.81 10.04 9.39 8.30 7.43 6.73
13.79 18,98 18,60 18,29 17,88 17,54 17,22 16,90 16,60 16,03 15,49 15,23 14,08 13,09 12,24 10,81 9,68 80205 8.76
17.24 17.24 23.39 22.92 22.92 22.55 21.62 21.22 20,84 20,47 19,77 19,11 18,79 17,36 16,15 15,07 13,33 11,93 10,81
20,68 27,81 27,26 26.81 26.21 26.21 25.71 25.23 25.23 24.78 24.33 24.33 23.50 22.71 22.35 20.65 19,19 17,92 15,84 14,19 12,85
27,58 36,68 35,88 35,40 34,60 33,96 33,32 32,68 32,04 30.96 29.92 29.92 29.44 29.44 27.44 25.29 25.63 23.63 20.87 18.69 16.93
34.47 45,49 44,53 43,89 42,93 42,13 41,33 40,53 39,73 38,44 37,16 36,52 33,80 31,38 29,31 25,92 23.21 21.02
48.26 48.26 63.11 63.11 61.83 60.87 59.59 58.47 57.35 56,22 55,26 53,34 51,58 50,78 46,93 43,57 40,69 36,04 32,20 29,19
55,16 71,92 70,48 69.36 67.92 66.64 65.36 65.36 64.07 64.07 62.95 60.87 58.79 57.83 53.50 49,66 46,45 41,01 36,68 33,32
62,05 80,89 79,29 78,01 76,25 74,81 73,36 72,08 70,80 68.24 66.00 66.00 64.87 60.07 55.74 55.74 52.06 45.97 41.33 41.32 37.32
68.95 89,70 87,94 86,50 84,58 82,98 81,37 79,93 78,49 75,77 73,20 72,08 66,64 61,83 57,83 51,10 45.81 41.49 41.49

Назад к началу

Агрегаты плотности

Конвертеру плотности:

Преобразователь плотности

килограмм / кубический метр [кг / м 3 ] = грамм / литр [г / л], килограмм / литр [кг/л] = грамм/кубический сантиметр [г/см 3 ]= тонна (метрическая)/кубический метр [т/м 3 ], раз/галлон (жидкость США) [унция/галлон (жидкость США) )] фунт/кубический дюйм [фунт/дюйм 3 ], фунт/кубический фут [фунт/фут 3 ], фунт/галлон (Великобритания) [фунт/галлон (Великобритания)], фунт/галлон (США, жидкость) [фунт/гал(США жидк.)], порция/кубический фут [л/фут 3 ], тонна(короткая)/куб.ярд [тонна(короткая)/ярд 3 ], тонна(длинная)/куб.ярд [ ярдов 9012 9 3 ]

  • 1 г/см 3  = 1 кг/л = 1000 кг/м 3  = 62.428 фунтов / футов 3 = 0,03613 фунт / в 3 = 1,9403 SL / FT 3 = 10.0224 LB / Gal (Великобритания) = 8.3454 LB / Gal (AS LIQ) = 0,5780 унций / в 3 = 0,7525 тонна(длинная)/год 3
  • 1 г/л = 1 кг/м 3  = 0,001 кг/л = 0,000001 кг/см 3  = 0,001 г/см 3 9

    9 8 8 8 3
      = 0,0005780 унций/дюйм 3  = 0,16036 унций/галлон (Великобритания) = 0,1335 унций/галлон (США, жидк.) = 0,06243 фунт/фут 3  = 3,6127×10-5 фунт/дюйм = 1,6127×10-5 фунт/дюйм 3 ярдов 3  = 0.010022 фунт/гал (Великобритания) = 0,0083454 фунт/галлон (США, жидк.) = 0,0007525 тонна (длинная)/ярд = 0,0008428 тонна (короткая)/ярд 3 = 1000 кг / м 3 = 62,428 фунтов / фут 3 = 0,03613 фунт / в 3 = 1,9403 SL / Ft 3 = 8.3454 LB / Gal (AS LIQ) = 0,5780 унций / в 3 = 0,7525 т(длинных)/год 3
  • 1 кг/м 3  = 1 г/л = 0,001 кг/л = 0,000001 кг/см 3 0 3 0 9 0 0,001 г .99885 унций/фут 3  = 0,0005780 унций/дюйм 3  = 0,16036 унций/гал (Великобритания) = 0,1335 унций/гал (США, жидк.) = 0,06243 фунт/фут = 1.6856 LB / YD 3 = 0.010022 LB / GAL (Великобритания) = 0,008345 фунтов / галлон (AS LIQ) = 0,0007525 тонна (длинные) / YD 3 = 0,0008428 тонны (короткие) / YD 3

  • 1 фунт/фут 3  = 27 фунтов/ярд 3  = 0,009259 унций/дюйм = 0,0005787 фунт/дюйм = 16,018 0,0 9,951 кг/м301602 г/см 3   = 0,1605 фунта/галлона (Великобритания) = 0,1349 фунта/галлона (жидкости США) = 2,5687 унций/галлона (Великобритания) = 2,1389 унций/галлона (жидкости США) = 0,01205 тонны (длинной)/ярд 3  = 0,0135 тонны (короткая)/ярд 3
  • 1 фунт/галлон (Великобритания) = 0,8327 фунта/галлон (жидкость США) = 16 унций/галлон (Великобритания) = 13,323 унции/галлон (жидкость США) = 168,179 LB / YD 3 = 6.2288 LB / FT 3 = 0,003605 фунтов / в 3 9 = 99,7764 кг / м 3 = 0,09977 г / см 3 = 0,07508 тонны (длинные )/ярд 3  = 0.08409 тонна (короткая)/ярд 3
  • 1 фунт/галлон (США, жидк.) = 1,2009 фунт/галлон (Великобритания) = 19,215 унций/гал (Великобритания) = 16 унций/гал (США, жидк.) = 201,97 фунт/ярд 3 = 7.4805 LB / FT 3 = 0.004329 фунтов / в 3 = 119,826 кг / м 3 = 0.1198 г / см 3 = 0,09017 тонны (длинные) / yd 3 = 0.1010 тонны (короткие) / YD 3
  • 1 фунт / в 3 = 1728 фунтов / фут 3 = 46656 фунтов / yd 3 = 16 унций / в 3 = 27680 кг /м 3  = 27.680 г/см 3   = 277,419 фунтов/галлон (Великобритания) = 231 фунт/галлон (США, жидкие) = 4438,7 унций/галлон (Великобритания) = 3696 унций/галлон (США, жидкие) = 20,8286 тонн (длинных)/ярд 3  = 23,3280 тонны (короткая)/ярд 3
  • 1 унция/гал (Великобритания) =  0,8327 унции/галлон (США, жидк.) = 6,2360 кг/м / FT 3 = 10.5112 LB / YD 3
  • 1 унция / Gal (AS LIQ) = 1.2009 OZ / GAL (Великобритания) = 7,4892 кг / м 3 = 7,4805 oz / ft 3 = 0,4675 фунтов /фут 3  = 12.6234 LB / YD 3
  • 1 SL / FT 3 = 515.3788 кг / м 3 = 514.7848 oz / ft 3 = 0.2979 oz / in 3 = 32.1741 фунт / фут 3 = 82.645 унция/гал (Великобритания) = 68,817 унции/гал (жидкость США)
  • 1 тонна (длинная)/ярд 3  = 1,12 тонна (короткая)/ярд 3  = 1328,94 кг/м 3 8/2 унции В 3 = 82.963 LB / FT 3 = 2240 фунтов / yd 3 = 2,5786 SL / FT 3 = 13.319 LB / GAL (Великобритания) = 11.0905 LB / GAL (AS LIQ)
  • 1 тонна ( короткий)/ярд 3  = 0.8929 тонна (длинные) / yd 3 = 1186.55 кг / м 3 = 0,6859 унция / в 3 = 74,074 фунт / футов 3 = 2000 фунтов / yd 3 = 2.3023 SL / FT 3 = 11,8921 фунт/галлон (Великобритания) = 9,9023 фунта/галлон (США, жидк.)

Вернуться к началу

Примеры

Плотность воздуха можно рассчитать как

ρ = 1,325 p 9015 R         

   = 2,7 p фунт/кв.7 (P PSIG + 14.7) / (T F + 40105 F + 459.7) (1)

, где

ρ = плотность (LB / FT 3 )

p в Hg = абсолютное давление (дюймы hg)

T R = абсолютная температура (ранний)

P PSIA = абсолютное давление (PSIA)

P Psig = Давление давления (КСИГ)

T F = Температура ( o F)

Пример — вес воздуха

Плотность воздуха при давлении 29.92 дюйма HG при 100 градусов F можно рассчитать как

ρ = 1,325 ( 29,92 дюйма hg ) / ((100 o f) + 459,7)

= 0,0708 LB / FT 3

Вес 10 футов 3 Воздух может быть рассчитан как

W = (10 футов 3 ) (0,071 фунт / фут 3 )

= 0,708 фунта

Диаграммы давление-объем – Гиперучебник по физике

Обсуждение

математика, математика, математика

Возврат из предыдущего раздела…

U  =  Q  +  W

Система Система
Q  > 0 поглощает тепло из окружающей среды
Q  < 0 выделяет тепло в окружающую среду
Вт  > 0 работа, выполняемая над системой средой
Вт  < 0 работа системы над окружающей средой

Систему можно описать тремя термодинамическими переменными — давлением, объемом и температурой.Ну, может быть, это только две переменные. Поскольку все взаимосвязано законом идеального газа, одна переменная всегда может быть описана как зависящая от двух других.

 









P  =  НРТ
В
PV  =  нРТ ⇒  В  =  НРТ
П
  Т  =  ФВ
нР

Температура зависит от давления и объема на графике давление-объем (график PV).

Функция состояния

U  =  3 2 nR T

Функция Пути: Работа

W  = ∫ F  ·  d s  = ∫  P   dV

W  = −  область на графике PV

Функция пути: тепло

Q  = ∆ U  +  W  =  н.з. T

c P  =  удельная теплоемкость при постоянном давлении
с В  =  удельная теплоемкость при постоянном объеме

кривые

  • изобарический
    • постоянное давление
    • «бар» происходит от греческого слова «тяжелый»: βαρύς [ меняет ]
    • примеры: утяжеленный поршень, гибкий контейнер в земной атмосфере, воздушный шар
    • График PV представляет собой горизонтальную линию
    Вт  = — П В ⇒  U  =  Q  −  P В

  • изохорный
    • постоянный объем
    • «хор» происходит от греческого слова «объем»: χώρος [ хорос ]
    • примеры: закрытый жесткий контейнер, термометр постоянного объема
    • График PV представляет собой вертикальную линию
    Вт  = 0 ⇒  U  =  Q

  • изотермический
    • постоянная температура
    • «терм» происходит от греческого слова «тепло»: θερμότητα [ thermotita ]
    • примеров: «медленные» процессы, выдох через широко открытый рот
    • График PV представляет собой прямоугольную гиперболу
    U  =  0 ⇒  Q  = − Вт

  • адиабатический
    • без теплообмена с окружающей средой
    • адиабатический имеет сложное греческое происхождение, означающее «не+через+пройти»: α + ∆ια + βατός [ a  +  dia  +  vatos ]
    • примеры: «быстрые» процессы, вытеснение воздуха через сжатые губы, насос для велосипедных шин
    • Диаграмма PV представляет собой «крутую гиперболу»
    Q  = 0 ⇒  В  =  Ш

    PV γ  =  константа

    γ = с П  =  α + 1
    с В α
    3/2 + 1  =  5 одноатомный
    3/2 3
    5/2 + 1  =  7 двухатомный
    5/2 5
Супермен спасает положение благодаря адиабатическому охлаждению.Быстрое расширение газа, выброшенного из легких Супермена, охладило перегретый грузовик, предотвратив попытку злого генерала Зода взорвать его топливный бак. Спасибо, Супермен.

… и остальные

жидкости

твердые вещества

Глава 10, Раздел 9

Глава 10, Раздел 9

Хотя уравнение идеального газа является очень полезным описанием газов, все реальные газы в той или иной степени не подчиняются этому соотношению.Степень, в которой поведение реального газа отличается от идеального, можно увидеть, изменив уравнение идеального газа:

[10.25]

Для моля идеального газа ( n = 1) величина PV/RT равна 1 при всех давлениях. На рис. 10.20 PV/RT представлена ​​как функция P для 1 моля нескольких различных газов. При высоких давлениях отклонение от идеального поведения ( PV/RT = 1) велико и различно для каждого газа. Ясно, что реальные газы не ведут себя идеально при высоком давлении.Однако при более низких давлениях (обычно ниже 10 атм) отклонение от идеального поведения невелико, и мы можем использовать уравнение идеального газа без серьезных ошибок.

РИСУНОК 10.20 PV/RT в зависимости от давления для 1 моля нескольких газов при 300 К. Данные для СО 2 относятся к температуре 313 К, поскольку СО 2 сжижается под высоким давлением при 300 К.

Отклонение от идеального поведения также зависит от температуры. Рисунок 10.21 показаны графики зависимости PV/RT от P для 1 моля N 2 при трех различных температурах. С повышением температуры свойства газа приближаются к свойствам идеального газа. В целом отклонения от идеального поведения увеличиваются с понижением температуры, становясь значительными вблизи температуры, при которой газ превращается в жидкость.

РИСУНОК 10.21 PV/RT в зависимости от давления для 1 моля газообразного азота при трех различных температурах.По мере повышения температуры газ все больше приближается к идеальному поведению.

Основные положения кинетико-молекулярной теории дают нам представление о том, почему поведение реальных газов отличается от идеального. Предполагается, что молекулы идеального газа не занимают места и не притягиваются друг к другу. Однако реальные молекулы имеют конечный объем и притягиваются друг к другу . Как показано на рис. 10.22, свободное незанятое пространство, в котором могут двигаться молекулы, несколько меньше объема контейнера.При относительно низких давлениях объем молекул газа ничтожен по сравнению с объемом сосуда. Таким образом, свободный объем, доступный молекулам, по существу составляет весь объем контейнера. Однако по мере увеличения давления свободное пространство, в котором могут двигаться молекулы, становится все меньше и меньше объема контейнера.

РИСУНОК 10.22 Иллюстрация влияния конечного объема молекул газа на свойства реального газа при высоком давлении. В ( a ) при низком давлении объем молекул газа мал по сравнению с объемом контейнера.В ( b ) при высоком давлении объем самих молекул газа составляет большую часть всего доступного пространства.

Кроме того, силы притяжения между молекулами вступают в игру на коротких расстояниях, например, когда молекулы скапливаются вместе при высоком давлении. Благодаря этим силам притяжения воздействие данной молекулы на стенку сосуда уменьшается. Если бы мы могли остановить действие в газе, положение молекул могло бы быть похоже на рисунок на рисунке 10.23. Молекула, готовая вступить в контакт со стенкой, испытывает силы притяжения соседних молекул. Эти притяжения уменьшают силу удара молекулы о стенку. В результате давление меньше, чем у идеального газа. Этот эффект служит для уменьшения PV/RT , как показано на рис. 10.20. Когда давление достаточно высокое, обсуждаемые объемные эффекты преобладают, и PV/RT увеличивается.

РИСУНОК 10.23 Влияние межмолекулярных сил притяжения на давление, оказываемое газом на стенки его сосуда.Молекула, которая вот-вот ударится о стенку, испытывает силы притяжения со стороны близлежащих молекул, и поэтому ее воздействие на стенку уменьшается. Силы притяжения становятся значительными только в условиях высокого давления, когда среднее расстояние между молекулами мало.

Температура определяет, насколько эффективны силы притяжения между молекулами газа. По мере охлаждения газа средняя кинетическая энергия уменьшается, а межмолекулярное притяжение остается постоянным. В некотором смысле охлаждение газа лишает молекулы энергии, необходимой им для преодоления взаимного притяжения.Влияние температуры, показанное ранее на рис. 10.21, очень хорошо иллюстрирует этот момент. Обратите внимание, что по мере повышения температуры отрицательное отклонение PV/RT от поведения идеального газа исчезает. Разница, сохраняющаяся при высокой температуре, связана в основном с влиянием конечных объемов молекул.

Уравнение Ван-дер-Ваальса

Инженеры и ученые, работающие с газами при высоких давлениях, часто не могут использовать уравнение идеального газа для предсказания свойств газов давление-объем, потому что отклонения от идеального поведения слишком велики.Одно из наиболее полезных уравнений, разработанных для предсказания поведения реальных газов, было предложено голландским ученым Йоханнесом ван дер Ваальсом (1837–1923).

Уравнение идеального газа предсказывает, что давление газа

Ван-дер-Ваальс понял, что для реального газа это выражение необходимо скорректировать с учетом двух обсуждаемых здесь эффектов: конечного объема, занимаемого молекулами газа, и сил притяжения между молекулами газа. Он ввел две константы, a и b , чтобы внести эти исправления:

[10.26]

Объем уменьшился в nb раз, что объясняет конечный объем, занимаемый молекулами газа (рис. 10.22). Постоянная Ван-дер-Ваальса b является мерой фактического объема, занимаемого молем молекул газа; b имеет единицы л/моль. Давление, в свою очередь, уменьшается на коэффициент n 2 a / V 2 , который учитывает силы притяжения между молекулами газа (рис. 10.23). Необычная форма этой поправки возникает из-за того, что силы притяжения между парами молекул увеличиваются пропорционально квадрату числа молекул в единице объема ( n / V ) 2 . Следовательно, постоянная Ван-дер-Ваальса a имеет единицы измерения L 2 -атм/моль 2 . Величина a отражает, насколько сильно молекулы газа притягиваются друг к другу.

Уравнение 10.26 обычно перестраивается, чтобы получить обычную форму уравнения Ван-дер-Ваальса :

[10.27]

Постоянные Ван-дер-Ваальса a и b различны для каждого газа. Значения этих констант для нескольких газов приведены в таблице 10.3. Обратите внимание, что значения как a , так и b обычно увеличиваются с увеличением массы молекулы и с увеличением сложности ее структуры. Более крупные и массивные молекулы не только имеют больший объем, но и обладают большей силой межмолекулярного притяжения.

Пример упражнения 10.15

Если бы 1000 моль идеального газа содержалось в объеме 22,41 л при 0,0°C, то давление в нем было бы равно 1000 атм. Используйте уравнение Ван-дер-Ваальса и константы в таблице 10.3, чтобы оценить давление, создаваемое 1,000 моль Cl 2 ( г ) в 22,41 л при 0,0°C.

Используя уравнение 10.26, мы имеем

Подставляя н = 1,000 моль, R = 0,08206 л-атм/моль-К, Т = 273,2 К, В = 22.41 л, a = 6,49 л 2 атм/моль 2 и b = 0,0562 л/моль:

Обратите внимание, что 1,003 атм — это давление с поправкой на молекулярный объем. Это значение выше идеального значения, 1000 атм, потому что объем, в котором молекулы могут свободно двигаться, меньше, чем объем контейнера, 22,41 л. Таким образом, молекулы должны чаще сталкиваться со стенками контейнера. Второй фактор, 0.013 атм, с поправкой на межмолекулярные силы. Межмолекулярное притяжение между молекулами снижает давление до 0,990 атм. Таким образом, можно заключить, что межмолекулярные притяжения являются основной причиной незначительного отклонения Cl 2 ( г ) от идеального поведения в указанных экспериментальных условиях.

Практическое упражнение

Рассмотрим образец 1000 моль CO 2 ( г ), помещенный в объем 3000 л при 0,0°C. Рассчитайте давление газа, используя (а) уравнение идеального газа и (б) уравнение Ван-дер-Ваальса. Ответ: (а) 7,473 атм; (б) 7,182 атм.

Диаграммы P-V и T-S

Термодинамика — это раздел физики который имеет дело с энергией и работой системы. Термодинамика занимается широкомасштабный ответ системы, которую мы можем наблюдать и измерить в опытах. Нас как аэродинамиков больше всего интересует термодинамика двигательные установки а также потоки с высокой скоростью. Двигательная установка самолета вырабатывает толкать за счет ускорения рабочей жидкости , обычно нагретой газ.В ответ на предложение Ньютона третий закон движения, двигательной установки и самолета ускоряются в противоположном направлении. Чтобы понять, как работает двигательная установка, мы должны изучить основы термодинамики рабочего тела.

Рабочим телом двигательной установки является газ. Газы имеют различные свойства, которые мы можем наблюдать с помощью чувства, в том числе газ давление р , температура Т , масса и объем В в котором содержится газ. Внимательное научное наблюдение определило, что эти переменные связаны друг с другом, и значения этих свойства определяют состояние газа.То первый и второй законы термодинамики определяют две дополнительные переменные, энтальпия и энтропия S , который также может быть использован для описания состояния газа. Термодинамический процесс , такой как отопление или сжатие газа, изменяет значения переменных состояния в предписанным образом. Общая работа и тепло, переданные газу зависит от начального и конечного состояний газа и в процессе, используемом для изменения состояния.

Полезно строить графики изменения состояния газа в течение термодинамический процесс.На рисунке показаны два типа участков которые используются для описания изменений состояния. Слева у нас есть построил график зависимости давления от объема, который называется диаграммой p-V . На диаграмме p-V линии кривой постоянной температуры от верхний левый в нижний правый. Процесс, осуществляемый при постоянной температуре называется изотермическим процессом . Во время адиабатический процесс, при котором тепло не передается газа, но температура, давление и объем газа изменяются как показано пунктирной линией.Как описано на рабочий слайд, площадь под технологической кривой на диаграмма p-V равна работе, совершаемой газом в процессе. Справа на рисунке мы нанесли зависимость температуры от энтропия газа. Этот график называется T-s диаграммой . Линии Кривая постоянного давления снизу слева вверх справа на T-s диаграмме. Процесс постоянного давления называется изобарическим процессом и этот тип процесса происходит в камера сгорания из газотурбинный двигатель.Во время изоэнтропический процесс не меняется в энтропия системы и процесс обратим. Изэнтропический процесс отображается в виде вертикальной линии на T-s диаграмме. Площадь под процессом кривая на T-s диаграмме связана с количеством теплоты, переданной газ.

Можно выполнить ряд процессов, в которых состояние изменяется во время каждого процесса, но газ в конце концов возвращается в исходное состояние. Такой ряд процессов называется циклом и формирует основу для понимания двигатели.То Цикл Карно описывает работу холодильников, Цикл Отто описывает работу двигатели внутреннего сгорания и Цикл Брайтона описывает работу газотурбинные двигатели. Диаграммы P-V и T-s часто используются для визуализировать процессы в термодинамическом цикле и помочь нам лучше понять термодинамику двигателей.



Деятельность:

Экскурсии с гидом

Навигация..


Домашняя страница руководства для начинающих

Фазовые диаграммы — Химия LibreTexts

Фазовая диаграмма представляет собой графическое представление физических состояний вещества при различных условиях температуры и давления.Типичная фазовая диаграмма имеет давление на оси y и температуру на оси x. Когда мы пересекаем линии или кривые на фазовой диаграмме, происходит изменение фазы. Кроме того, на линиях или кривых сосуществуют в равновесии два состояния вещества.

Введение

Фазовый переход – это переход вещества из одного состояния в другое. Есть три агрегатных состояния вещества: l жидкое, твердое и газообразное .

  • Жидкость: Состояние вещества, состоящее из рыхлых, свободно движущихся частиц, форма которых определяется границами сосуда, в котором находится жидкость.Это происходит потому, что движение отдельных частиц внутри жидкости гораздо менее ограничено, чем в твердом теле. Можно заметить, что некоторые жидкости текут легко, тогда как некоторые жидкости текут медленно. Относительное сопротивление жидкости течению равно , вязкость .
  • Твердое тело: Состояние вещества с плотно упакованными частицами, которые не изменяют форму или объем сосуда, в котором оно находится. Однако это не означает, что объем твердого тела является постоянным. Твердые тела могут расширяться и сжиматься при изменении температуры.Вот почему, когда вы ищете плотность твердого тела, это будет указывать на температуру, при которой указано значение плотности. В твердых телах существуют сильные межмолекулярные силы, которые удерживают частицы в непосредственной близости друг от друга. Еще одна интересная вещь, о которой стоит подумать, это то, что все настоящие твердые тела имеют кристаллическую структуру. Это означает, что их частицы расположены в трехмерном упорядоченном порядке. Твердые тела претерпевают фазовые изменения, когда сталкиваются с изменениями энергии.
  • Газ: Состояние вещества, при котором частицы рассредоточены без определенной формы или объема.Частицы газа примут форму и заполнят объем сосуда, в который они помещены. В газе нет межмолекулярных сил, удерживающих частицы газа вместе, поскольку каждая частица движется со своей скоростью в своем направлении. . Частицы газа часто разделены большими расстояниями.

Фазовые диаграммы иллюстрируют изменения между состояниями вещества элементов или соединений в зависимости от давления и температуры. Ниже приведен пример фазовой диаграммы для общей однокомпонентной системы:

Фигура 1.Общие положения Фазовая диаграмма
  • Тройная точка – точка на фазовой диаграмме, в которой сосуществуют три состояния вещества: газ, жидкость и твердое тело
  • Критическая точка – точка на фазовой диаграмме, в которой вещество неразличимо между жидким и газообразным состояниями
  • Кривая плавления (плавления) (или замерзания) – кривая на фазовой диаграмме, представляющая переход между жидким и твердым состояниями
  • Кривая испарения (или конденсации) – кривая на фазовой диаграмме, представляющая переход между газообразным и жидким состояниями
  • Кривая сублимации (или осаждения) – кривая на фазовой диаграмме, представляющая переход между газообразным и твердым состояниями

Фазовые диаграммы отображают зависимость давления (обычно в атмосферах) от температуры (обычно в градусах Цельсия или Кельвина).Метки на графике представляют устойчивые состояния системы в равновесии. Линии представляют комбинации давлений и температур, при которых две фазы могут существовать в равновесии. Другими словами, эти линии определяют точки фазового перехода. Красная линия разделяет твердую и газовую фазы, представляет сублимацию (твердое тело в газ) и осаждение (газ в твердое). Зеленая линия разделяет твердую и жидкую фазы и представляет плавление (от твердого к жидкому) и замерзание (от жидкого к твердому). Синий цвет разделяет жидкую и газовую фазы, представляет испарение (жидкость в газ) и конденсацию (газ в жидкость).На диаграмме также есть две важные точки: тройная точка и критическая точка. Тройная точка представляет собой комбинацию давления и температуры, которая способствует равновесию всех фаз материи. Критическая точка завершает линию жидкостной/газовой фазы и относится к критическому давлению, давлению, выше которого образуется сверхкритический флюид.

Для большинства веществ температура и давление, относящиеся к тройной точке, лежат ниже стандартной температуры и давления, а давление в критической точке превышает стандартное давление.Поэтому при нормальном давлении с повышением температуры большинство веществ переходит из твердого состояния в жидкое и газообразное, а при стандартной температуре при повышении давления большинство веществ переходит из газообразного в жидкое и твердое.

Исключение: Вода

Обычно линия твердой/жидкой фазы имеет положительный наклон вправо (как на диаграмме для двуокиси углерода ниже). Однако для других веществ, особенно воды, линия наклонена влево, как показано на диаграмме для воды. Это указывает на то, что жидкая фаза более плотная, чем твердая.Это явление обусловлено кристаллической структурой твердой фазы. В твердых формах воды и некоторых других веществ молекулы кристаллизуются в решетку с большим средним расстоянием между молекулами, в результате чего получается твердое тело с меньшей плотностью, чем жидкость. Из-за этого явления можно растопить лед, просто применяя давление, а не добавляя тепло.

Рисунок \(\PageIndex{2a}\): Диаграммы состояния CO 2

Рисунок \(\PageIndex{2b}\):Фазовые диаграммы для H 2

Перемещение по диаграмме

Перемещение по фазовой диаграмме раскрывает информацию о фазах материи.Движение вдоль линии постоянной температуры позволяет выявить относительные плотности фаз. При движении от низа диаграммы к верху относительная плотность увеличивается. Движение вдоль линии постоянного давления показывает относительные энергии фаз. При движении слева на диаграмме вправо относительные энергии увеличиваются.

Важные определения

  • Сублимация — это когда вещество сразу переходит из твердого состояния в газообразное.
  • Отложение происходит, когда вещество переходит из газообразного состояния в твердое; это обратный процесс сублимации.
  • Плавление происходит, когда вещество переходит из твердого состояния в жидкое.
  • Слияние — это когда вещество переходит из жидкого состояния в твердое, обратное плавлению.
  • Испарение (или испарение ) — это переход вещества из жидкого состояния в газообразное.
  • Конденсация происходит, когда вещество переходит из газообразного состояния в жидкое, обратное испарению.
  • Критическая точка – точка температуры и давления на фазовой диаграмме, где жидкая и газообразная фазы вещества сливаются в одну фазу.За пределами температуры критической точки объединенная единственная фаза известна как сверхкритическая жидкость .
  • Тройная точка возникает, когда температура и давление трех фаз вещества сосуществуют в равновесии.

Каталожные номера

  1. Коц, Джон К. и Пол младший Трейчел. Химия и химическая реактивность . Np: Издательство Saunders College Publishing, 1999.
  2. .
  3. Окстоби, Дэвид В., Х. П. Гиллис и Алан Кэмпион. Основы современной химии . Белмонт, Калифорния: Thomson Brooks/?Cole, 2008.
  4. .
  5. Петруччи, Ральф и Уильям Харвуд. Ф. Джеффри Херринг. Джеффри Мадура. Общая химия: принципы и современные приложения. 9-е изд. Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Пирсон, 2007.
  6. .
  7. Фоллмер, Джон Дж. «Из «разреженного воздуха»: изучение фазовых изменений». J.Chem.Educ. 2000 :77, 488A.

Проблемы

Представьте себе вещество со следующими точками на фазовой диаграмме: тройная точка при .5 атм и -5°С; нормальная температура плавления при 20°С; нормальная температура кипения при 150°С; и критическая точка при 5 атм и 1000°С. Сплошная жидкая линия является «нормальной» (что означает положительный наклон). Для этого выполните следующее:

1. Приблизительно нарисуйте фазовую диаграмму, используя единицы измерения атмосферы и Кельвина.

Ответить

1-твердое, 2-жидкое, 3-газовое, 4-сверхкритическое жидкое, точка О-тройная точка, С-критическая точка -78,5 °С (Фаза сухого льда переходит из твердой в газообразную при -78.5 °С)

2. Ранжировать состояния по возрастанию плотности и возрастанию энергии.

3. Опишите, что можно было бы увидеть при давлениях и температурах выше 5 атм и 1000°C.

Ответить

Можно было бы увидеть сверхкритическую жидкость, при приближении к которой можно было бы увидеть исчезновение мениска между жидкостью и газом.

4. Опишите, что произойдет с веществом, когда оно будет находиться в вакууме при температуре -15°C и медленно подвергаться воздействию давления.

Ответить

Вещество изначально было бы газом, и по мере увеличения давления оно сжималось бы и в конечном итоге затвердевало, не превращаясь в жидкость, поскольку температура ниже температуры тройной точки.

5. Опишите фазовые переходы от -80°C до 500°C при 2 атм.

Ответить

Вещество будет плавиться где-то около, но выше 20°C, а затем кипеть где-то около, но выше 150°C.Он не будет образовывать сверхкритическую жидкость, поскольку ни давление, ни температура не достигают критического давления или температуры.

6. Что существует в системе при 1 атм и 150°?

Ответить

В зависимости от того, сколько энергии находится в системе, в равновесии будет находиться разное количество жидкости и газа. Если было добавлено достаточно энергии, чтобы поднять температуру жидкости до 150 ° C, будет просто жидкость.Если добавить больше, будет немного жидкости и немного газа. Если было добавлено достаточно энергии, чтобы изменить состояние всей жидкости без повышения температуры газа, то останется только газ.

7. Обозначьте области 1, 2, 3 и 4 и точки O и C на схеме.

8. Образец сухого льда (твердый СО 2 ) охлаждают до -100 °С и кладут на стол при комнатной температуре (25 °С). При какой температуре скорость возгонки и осаждения одинакова? (Предположим, что давление поддерживается постоянным на уровне 1 атм).

Авторы и авторство

  • Мэтью Маккиннелл (UCD), Джесси Верхейн (UCD), Пей Ю (UCD), Лок Ка Чан (UCD), Джессика Даливал (UCD), Шьял Бхела (UCD), Кэндис Вонг-Синг (UCD)

График зависимости давления от температуры идеального газа e…

За этот вопрос. Нас просят нарисовать множество качественных прививок, чтобы показать, как разные свойства влияют друг на друга в разных сценариях, где что-то у нас есть еще один идеальный газ, Гм, и наша температура в Кальвине.Таким образом, 1-й 1 просит нас найти PV по сравнению с V с постоянным t. Потому что, гм, наша температура останется прежней, тогда, гм, мы в конечном итоге будем иметь. Итак, если у нас есть PV на доступе y и томе на нашем доступе X? Хм, по мере увеличения объема давление будет уменьшаться, что будет поддерживать фактическое значение rpv. Таким образом, мы получим только горизонтальную линию в качестве нашего графика для следующего графика. Он просит нас найти, как будет выглядеть график, когда это давление в зависимости от температуры при постоянном объеме. И снова мы предполагаем, что у нас есть один моль, гм, гостей.Итак, в этом случае мы будем оказывать давление на нашу температуру на нашем X, и наш график будет неуклонно увеличиваться. Гм, по мере повышения температуры давление будет расти, гм, частично дома делают то же самое, но в данном случае это зависимость температуры от объема при постоянном давлении. Итак, у нас снова будет график. И в этом случае у нас будет объем на нашей почему температура на нашем X и мы будем когда-то против постоянного увеличения. По мере повышения температуры объем также будет увеличиваться, чтобы поддерживать давление D одинаковым.Нас просят найти зависимость давления от объема при постоянной температуре. И в этом случае, с их графиком, мы будем оказывать давление на наш объем «почему» на наш X. Мы увидим это по мере изменения объема. Хм, когда объем увеличивается, давление резко снижается. Гм, не с постоянной скоростью из-за взаимосвязи между давлением и объемом. Итак, для E мы находим отношение давления к единице по объему при постоянной температуре. Итак, на этом графике мы будем оказывать давление на то, почему мы победили объем ее бывшего, и по мере того, как давление или мы увеличиваем объем, объем, разделенный на наш объем, будет уменьшаться.Следовательно, для компенсации давление должно повышаться. Гм, и так мы снова видим, что аналогичный постоянный наклон увеличивается с изменением громкости.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

*