Dujų tankis

Dujoms, skirtingai nei skysčiams, būdingas mažas tankis. Normalus dujų tankis yra vieno litro dujų masė esant 0°C ir 1 kgf/cm2 slėgiui. Bet kurios dujų molekulės masė yra proporcinga jų tankiui.

Dujų tankis c kinta proporcingai slėgiui ir matuojamas pagal dujų masės m santykį su tūriu V, kurį jos užima:

Praktiniais tikslais įvairias dujas patogu apibūdinti pagal jų tankį, palyginti su oru, esant tokioms pačioms slėgio ir temperatūros sąlygoms. Kadangi skirtingų dujų molekulės turi skirtingą masę, jų tankis esant tam pačiam slėgiui yra proporcingas jų molinei masei.

Dujų tankis ir jų tankio santykis su oro tankiu:

Pagrindiniai dujų įstatymai

Dujoms būdinga tai, kad jos neturi savo tūrio ir formos, o įgauna formą ir užima indo, į kurį jos dedamos, tūrį. Dujos tolygiai užpildo indo tūrį, stengdamosi plėstis ir užimti kuo daugiau tūrio. Visos dujos yra labai suspaudžiamos. Tikrų dujų molekulės turi tūrį ir turi abipusės traukos jėgas, nors šie kiekiai yra labai maži. Skaičiuojant realias dujas, paprastai naudojami idealių dujų dujų dėsniai. Idealios dujos – tai sąlyginės dujos, kurių molekulės neturi tūrio ir nesąveikauja viena su kita, nes nėra patrauklių jėgų, o jų susidūrimuose neveikia jokios kitos jėgos, išskyrus tamprumo smūgio jėgas. Šios dujos griežtai laikosi Boyle'o dėsnių – Mariotte, Gay-Lussac ir kt.

Kuo aukštesnė temperatūra ir mažesnis slėgis, tuo tikrų dujų elgsena artimesnė idealioms dujoms. Esant žemam slėgiui, visos dujos gali būti laikomos idealiomis. Esant maždaug 100 kg/cm2 slėgiui, realių dujų nuokrypiai nuo idealių dujų dėsnių neviršija 5%. Kadangi realių dujų nukrypimai nuo idealių dujų dėsnių paprastai yra nereikšmingi, idealių dujų dėsniai gali būti laisvai naudojami sprendžiant daugelį praktinių problemų.

Boyle'o dėsnis - Mariotte

Dujų tūrio matavimai veikiant išoriniam slėgiui parodė, kad tarp tūrio V ir slėgio P yra paprastas ryšys, išreikštas Boyle-Mariotte dėsniu: tam tikros dujų masės (arba kiekio) slėgis esant pastoviai temperatūrai. yra atvirkščiai proporcingas dujų tūriui:

P1: P2 = V1: V2,

kur Р1 - dujų slėgis tūryje V1; Р2 - dujų slėgis V2 tūryje.

Iš to išplaukia, kad:

P1 * V1 \u003d P2 * V2 arba P * V \u003d const (es t \u003d const).

Šis postulatas formuluojamas taip: tam tikros dujų masės ir jų tūrio slėgio sandauga yra pastovi, jei temperatūra nekinta (ty izoterminio proceso metu).

Jei, pavyzdžiui, paimsime 8 litrus dujų esant slėgiui P = 0,5 kgf / cm2 ir pakeisime slėgį esant pastoviai pastoviai temperatūrai, tada bus gauti šie duomenys: esant 1 kgf / cm2, dujos užims tūrį 4 litrai, 2 kgf / cm2 - 2 litrai, 4 kgf / cm2 - 1 l; esant 8 kgf / cm2 - 0,5 l.

Taigi, esant pastoviai temperatūrai, bet koks slėgio padidėjimas sumažina dujų tūrį, o dujų tūrio sumažėjimas - padidina slėgį.

Dujų tūrio ir slėgio ryšys pastovioje temperatūroje plačiai naudojamas įvairiems skaičiavimams nardymo praktikoje.

Gay-Lussac ir Charles įstatymai

Gay-Lussac dėsnis išreiškia dujų tūrio ir slėgio priklausomybę nuo temperatūros: esant pastoviam slėgiui, tam tikros masės dujų tūris yra tiesiogiai proporcingas jų absoliučiai temperatūrai:

kur T1 ir T2 yra temperatūra kelvinais (K), kuri yra lygi temperatūrai °C + 273,15; tie. 0°C? 273 K; 100 ° C - -373 K ir 0oK \u003d -273,15 ° C.

Todėl bet koks temperatūros padidėjimas padidina tūrį arba, kitaip tariant, tam tikros V dujų masės tūrio pokytis yra tiesiogiai proporcingas dujų temperatūros t pokyčiui esant pastoviam slėgiui (ty izobarinis procesas). Ši pozicija išreiškiama formule:

čia V1 yra dujų tūris tam tikroje temperatūroje; V0 - pradinis dujų tūris esant 0°С; b - dujų tūrinio plėtimosi koeficientas.

Kai skirtingos dujos kaitinamos tuo pačiu laipsnių skaičiumi, santykinis tūrio padidėjimas visoms dujoms yra vienodas. Koeficientas b visoms dujoms pastovus, tūrio prieaugio reikšmė lygi 1/273 arba 0,00367 °C-1. Šis dujų tūrinio plėtimosi koeficientas parodo, kokią tūrio dalį užėmė esant 0 ° C, dujų tūris padidėja, jei jos kaitinamos 1 ° C esant pastoviam slėgiui.

Slėgio ir temperatūros santykis paklūsta tam pačiam modeliui, būtent: tam tikros dujų masės slėgio pokytis yra tiesiogiai proporcingas temperatūrai esant pastoviam tūriui (ty izochoriniame procese: iš graikų kalbos žodžių „izos“ – lygus ir "horema" - talpa) , kuri išreiškiama formule:

Рt = Р0 (1 + bt),

čia Pt yra dujų slėgis tam tikroje temperatūroje; P0 -- pradinis dujų slėgis esant 0°C; b - dujų tūrinio plėtimosi koeficientas.

Šiuos santykius J. Charlesas užmezgė likus 25 metams iki J. L. Gay-Lussac publikacijos ir dažnai vadinamas Charleso įstatymu. Tūrio priklausomybę nuo temperatūros esant pastoviam slėgiui taip pat pirmą kartą nustatė Charlesas.

Dujų temperatūrai mažėjant jų slėgis mažėja, o esant -273,15 °C temperatūrai bet kokių dujų slėgis lygus nuliui. Ši temperatūra vadinama absoliučia nuline temperatūra. Tokiu atveju chaotiškas šiluminis molekulių judėjimas sustoja ir šiluminės energijos kiekis tampa lygus nuliui. Minėtos priklausomybės, išreiškiančios Charleso ir Gay-Lussac dėsnius, leidžia išspręsti svarbias praktines povandeninio nardymo rengimo ir planavimo problemas, tokias kaip oro slėgio balionuose nustatymas su temperatūros pokyčiais, atitinkamas oro atsargų pokytis ir praleistas laikas. tam tikrame gylyje ir pan.. P.

Idealiųjų dujų būsenos lygtis

Jei santykis tarp tūrio, slėgio ir temperatūros yra sujungtas ir išreiškiamas viena lygtimi, tada gaunama idealiųjų dujų būsenos lygtis, kuri apjungia Boyle'o – Mariotte ir Gay-Lussac dėsnius. Šią lygtį pirmasis išvedė B.P.Klaiperonas, transformuodamas savo pirmtakų pasiūlytas lygtis. Klaiperono lygtis yra ta, kad tam tikros masės ir tūrio dujų slėgio sandauga, padalinta iš absoliučios temperatūros, yra pastovi vertė, nepriklausoma nuo būsenos, kurioje dujos yra. Vienas iš būdų parašyti šią lygtį yra:

Šiuo atveju dujų konstanta r ​​priklausys nuo dujų pobūdžio. Jeigu dujų masė yra molis (grammolekulė), tai dujų konstanta R yra universali ir nepriklauso nuo dujų pobūdžio. Jei dujų masė lygi 1 moliui, lygtis bus tokia:

Tiksli R reikšmė yra 8,314510 J mol -1 K-1

Jei imsime ne 1 molį, o bet kokį dujų kiekį, kurio masė m, tai idealių dujų būseną galima išreikšti Mendelejevo-Klaiperono lygtimi, patogia skaičiavimams, tokia forma, kokia ją pirmą kartą parašė D. Mendelejevas. 1874 m.:

čia m yra dujų masė, g; M yra molinė masė.

Idealiųjų dujų būsenos lygtis gali būti naudojama skaičiavimams nardymo praktikoje.

Pavyzdys. Nustatykite tūrį, kurį užima 2,3 kg vandenilio, esant + 10 ° C temperatūrai ir 125 kgf / cm2 slėgiui

čia 2300 yra dujų masė, g; 0,082 - dujų konstanta; 283 - temperatūra T (273+10); 2 - vandenilio molinė masė M. Iš lygties išplaukia, kad slėgis, kurį dujos daro ant indo sienelių, yra lygus:

Šis slėgis išnyksta arba esant m > 0 (kai dujos beveik išnyksta), arba esant V> ? (kai dujos plečiasi neribotai), arba esant T > 0 (kai dujų molekulės nejuda).

Van der Waalso lygtis

Net M. V. Lomonosovas atkreipė dėmesį, kad Boyle-Mariotte dėsnis negali būti teisingas esant labai dideliam slėgiui, kai atstumai tarp molekulių yra palyginami su jų pačių dydžiais. Vėliau buvo visiškai patvirtinta, kad nukrypimai nuo idealių dujų elgsenos būtų reikšmingi esant labai aukštam slėgiui ir labai žemai temperatūrai. Šiuo atveju ideali dujų lygtis duos neteisingus rezultatus, neatsižvelgdama į dujų molekulių sąveikos jėgas ir jų užimamą tūrį. Todėl 1873 m. Janas Diederikas van der Waalsas pasiūlė dvi šios lygties pataisas: slėgio ir tūrio.

Avogadro dėsnis

Avogadro iškėlė hipotezę, pagal kurią tomis pačiomis temperatūros ir slėgio sąlygomis visos idealios dujos, nepaisant jų cheminės prigimties, turi vienodą molekulių skaičių tūrio vienete. Iš to išplaukia, kad vienodo tūrio dujų masė yra proporcinga jų molekulinei masei.

Remiantis Avogadro dėsniu, žinant tiriamų dujų tūrius, galima nustatyti jų masę ir, atvirkščiai, iš dujų masės sužinoti jų tūrį.

Dujų dinamikos dėsniai

Daltono dėsnis. Dujų mišinio slėgis yra lygus atskirų dujų, sudarančių mišinį, dalinių (dalinių) slėgių sumai, ty tų slėgių, kuriuos kiekviena dujos sukurtų atskirai, jei jos būtų paimtos toje pačioje tūrio temperatūroje. mišinio.

Dalinis dujų slėgis Pr yra proporcingas tam tikrų dujų procentinei daliai C ir dujų mišinio absoliučiam slėgiui Rabs ir nustatomas pagal formulę:

Pr \u003d Pa6s C / 100,

čia Pr – dalinis dujų slėgis mišinyje, kg/cm2; C – dujų tūrio kiekis mišinyje, %.

Šį dėsnį galima iliustruoti palyginus uždaro tūrio dujų mišinį su skirtingo svorio svorių rinkiniu, uždėtu ant svarstyklių. Akivaizdu, kad kiekvienas svarelis darys spaudimą svarstykles, nepaisant to, ar ant jų yra kitų svarmenų.

Išvestinėse diferencialinėse lygtyse (1.2, 1.4) yra parametrai, apibūdinantys skystį ar dujas: tankis r , klampumas m , taip pat porėtos terpės parametrai – poringumo koeficientai m ir pralaidumą k . Norint atlikti tolesnius skaičiavimus, būtina žinoti šių koeficientų priklausomybę nuo slėgio.

Skysčio tankio kritimas. Nuolat filtruojant lašantį skystį, jo tankis gali būti laikomas nepriklausomu nuo slėgio, t. y. skystis gali būti laikomas nesuspaudžiamu: r = konst .

Pereinamuose procesuose būtina atsižvelgti į skysčio suspaudžiamumą, kuriam būdinga skysčio tūrio suspaudimo laipsnis b . Šis koeficientas paprastai laikomas pastoviu:

Paskutinės lygybės integravimas iš pradinių slėgio verčių 0 p ir tankis r0 pagal dabartines vertes, gauname:

Šiuo atveju gauname tiesinę tankio priklausomybę nuo slėgio.

Dujų tankis. Suspaudžiami skysčiai (dujos) su nedideliais slėgio ir temperatūros pokyčiais taip pat gali būti apibūdinami tūriniais suspaudimo ir šiluminio plėtimosi koeficientais. Tačiau esant dideliems slėgio ir temperatūros pokyčiams, šie koeficientai kinta plačiose ribose, todėl idealių dujų tankio priklausomybė nuo slėgio ir temperatūros yra pagrįsta Klaiperono – Mendelejevo būsenų lygtys:

kur R' = R/M m yra dujų konstanta, kuri priklauso nuo dujų sudėties.

Oro ir metano dujų konstanta atitinkamai yra lygi, oro R΄ = 287 J/kg K˚; R΄ metanas = 520 J/kg K˚.

Paskutinė lygtis kartais rašoma taip:

(1.50)

Iš paskutinės lygties matyti, kad dujų tankis priklauso nuo slėgio ir temperatūros, todėl jei žinomas dujų tankis, reikia nurodyti slėgį, temperatūrą ir dujų sudėtį, o tai nepatogu . Todėl įvedamos normalių ir standartinių fizinių sąlygų sąvokos.

Normalios sąlygos atitinka temperatūrą t = 0°C ir slėgį p esant = 0,1013°MPa. Oro tankis normaliomis sąlygomis yra lygus ρ v.n.us = 1,29 kg / m 3.

Standartinės sąlygos atitinka temperatūrą t = 20°C ir slėgį p esant = 0,1013°MPa. Oro tankis standartinėmis sąlygomis yra ρ w.st.us = 1,22 kg / m 3.

Todėl iš žinomo tankio tam tikromis sąlygomis galima apskaičiuoti dujų tankį esant kitoms slėgio ir temperatūros reikšmėms:

Išskyrus rezervuaro temperatūrą, gauname idealią dujų būsenos lygtį, kurią naudosime ateityje:

kur z - koeficientas, apibūdinantis realių dujų būsenos nukrypimo nuo idealiųjų dujų dėsnio laipsnį (superkompresukcijos koeficientas) ir priklausomas nuo tam tikrų dujų slėgio ir temperatūros. z = z(p, T) . Supersuspaudžiamumo koeficiento reikšmės z nustatomi pagal D. Browno grafikus.

Alyvos klampumas. Eksperimentai rodo, kad alyvos (esant slėgiui, viršijančiam soties slėgį) ir dujų klampumo koeficientai didėja didėjant slėgiui. Esant dideliems slėgio pokyčiams (iki 100 MPa), rezervuaro alyvų ir gamtinių dujų klampumo priklausomybė nuo slėgio gali būti laikoma eksponentine:

(1.56)

Esant nedideliems slėgio pokyčiams, ši priklausomybė yra tiesinė.

čia m0 – klampumas esant fiksuotam slėgiui p0 ; β m - koeficientas, nustatytas eksperimentiškai ir priklausomai nuo naftos ar dujų sudėties.

Formavimo poringumas. Norėdami sužinoti, kaip poringumo koeficientas priklauso nuo slėgio, apsvarstykite įtempių, veikiančių akytoje terpėje, užpildytoje skysčiu, klausimą. Sumažėjus slėgiui skystyje, didėja jėgos, veikiančios porėtos terpės karkasą, todėl poringumas mažėja.

Dėl nedidelės kietosios fazės deformacijos dažniausiai manoma, kad poringumo pokytis tiesiškai priklauso nuo slėgio pokyčio. Uolienų suspaudimo dėsnis parašytas taip, įvedant susidarymo tūrinio tamprumo koeficientas b c:

kur m0 – poringumo koeficientas esant slėgiui p0 .

Įvairių granuliuotų uolienų laboratoriniai eksperimentai ir lauko tyrimai rodo, kad darinio tūrinio elastingumo koeficientas yra (0,3 - 2) 10 -10 Pa -1 .

Esant reikšmingiems slėgio pokyčiams, poringumo pokytis apibūdinamas lygtimi:

o dideliems - eksponentinis:

(1.61)

Įtrūkusiuose rezervuaruose pralaidumas intensyviau kinta priklausomai nuo slėgio nei akytose, todėl įtrūkusiuose rezervuaruose, atsižvelgiant į priklausomybę k(p) reikalingesnis nei granuliuotas.

Skysčio ar dujų, prisotinančio darinį, ir porėtos terpės būsenos lygtys užbaigia diferencialinių lygčių sistemą.

Autorių teisės L.Kourenkovas

Dujų savybės

Dujų slėgis

Dujos visada užpildo tūrį, kurį riboja nepraeinamos sienos. Taigi, pavyzdžiui, dujų balionas ar automobilio padangos kamera beveik tolygiai užpildoma dujomis.

Siekdamos išsiplėsti, dujos spaudžia cilindro sieneles, padangos kamerą ar bet kurį kitą kietą ar skystą korpusą, su kuriuo jos liečiasi. Jei neatsižvelgsime į Žemės gravitacinio lauko veikimą, kuris, esant įprastiems indų matmenims, tik nežymiai keičia slėgį, tada esant pusiausvyrai dujų slėgis inde mums atrodo visiškai vienodas. Ši pastaba susijusi su makrokosmosu. Jei įsivaizduotume, kas vyksta molekulių, sudarančių dujas inde, mikrokosme, tai negali būti nė kalbos apie vienodą slėgio pasiskirstymą. Kai kuriose sienos paviršiaus vietose dujų molekulės atsitrenkia į sienas, o kitur smūgių nėra. Šis vaizdas visą laiką chaotiškai keičiasi. Dujų molekulės atsitrenkia į indų sieneles ir išskrenda greičiu, beveik lygiu molekulės greičiui prieš susidūrimą. Po smūgio molekulė perduoda sienai impulsą, lygų mv, kur m yra molekulės masė, o v - jos greitis. Atsispindėdama nuo sienos molekulė suteikia jai tokį patį judesį mv. Taigi su kiekvienu smūgiu (statmenai sienai) molekulė perduoda jai judesio kiekį, lygų 2mv. Jei per 1 sekundę 1 cm 2 sienos tenka N smūgių, tai bendras judesio kiekis, perkeltas į šią sienos dalis yra 2Nmv. Pagal antrąjį Niutono dėsnį šis judėjimo dydis yra lygus jėgos F, veikiančios šią sienos atkarpą, sandaugai iki laiko t, per kurį ji veikia. Mūsų atveju t = 1 sek. Taigi F=2Nmv, yra jėga, veikianti 1 cm 2 sienos, t.y. slėgis, kuris dažniausiai žymimas p (be to, p skaitiniu būdu lygus F). Taigi mes turime

p=2Nmv

Nesuprantama, kad smūgių skaičius per 1 sekundę priklauso nuo molekulių greičio ir molekulių skaičiaus n tūrio vienete. Nelabai suslėgtoms dujoms galime manyti, kad N yra proporcingas n ir v, t.y. p yra proporcingas nmv 2 .

Taigi, norėdami apskaičiuoti dujų slėgį pagal molekulinę teoriją, turime žinoti tokias molekulių mikrokosmo charakteristikas: masę m, greitį v ir molekulių skaičių n tūrio vienete. Norint rasti šias molekulių mikrocharakteristikas, turime nustatyti, nuo kokių makrokosmoso savybių priklauso dujų slėgis, t.y. savo patirtimi nustatykite dujų slėgio dėsnius. Palyginę šiuos eksperimentinius dėsnius su dėsniais, apskaičiuotais naudojant molekulinę teoriją, galėsime nustatyti mikrokosmoso charakteristikas, pavyzdžiui, dujų molekulių greitį.

Taigi, išsiaiškinkime, nuo ko priklauso dujų slėgis?

Pirma, dėl dujų suspaudimo laipsnio, t.y. kiek dujų molekulių yra tam tikrame tūryje. Pavyzdžiui, pripūsdami padangą ar ją suspaudę, mes priverčiame dujas stipriau spausti kameros sieneles.

Antra, kokia yra dujų temperatūra.

Paprastai slėgio pokytį iš karto sukelia abi priežastys: ir tūrio pokytis, ir temperatūros pokytis. Bet galima realizuoti reiškinį taip, kad kintant tūriui temperatūra keisis nežymiai mažai arba kintant temperatūrai tūris praktiškai išliks nepakitęs. Pirmiausia išnagrinėsime šiuos atvejus, prieš tai pateikę šią pastabą.

Mes apsvarstysime dujas pusiausvyros būsenoje. Tai reiškia; kad dujos būtų tiek mechaninėje, tiek šiluminėje pusiausvyroje.

Mechaninė pusiausvyra reiškia, kad atskiros dujų dalys nejuda. Tam būtina, kad dujų slėgis būtų vienodas visose jo dalyse, jei neatsižvelgsime į nereikšmingą slėgio skirtumą viršutiniame ir apatiniame dujų sluoksniuose, atsirandantį veikiant gravitacijai.

Šiluminė pusiausvyra reiškia, kad šiluma neperduodama iš vienos dujų sekcijos į kitą. Norėdami tai padaryti, būtina, kad temperatūra visame dujų tūryje būtų vienoda.

Dujų slėgio priklausomybė nuo temperatūros

Pradėkime išsiaiškindami dujų slėgio priklausomybę nuo temperatūros, atsižvelgiant į pastovų tam tikros masės dujų tūrį. Šiuos tyrimus 1787 m. pirmą kartą atliko Charlesas. Šiuos eksperimentus galima atkurti supaprastinta forma kaitinant dujas didelėje kolboje, sujungtoje su gyvsidabrio manometru siauro lenkto vamzdelio pavidalu.

Nepaisykime nežymaus kolbos tūrio padidėjimo kaitinant ir nereikšmingo tūrio pokyčio, kai gyvsidabris išstumiamas siaurame manometriniame vamzdelyje. Taigi dujų tūrį galima laikyti nepakitusiu. Šildydami vandenį inde, supančiame kolbą, termometru pažymėsime dujų temperatūrą , o atitinkamas slėgis – pagal manometrą . Pripildę indą tirpstančio ledo, išmatuojame temperatūrą atitinkantį slėgį 0°С .

Tokio tipo eksperimentai parodė:

1. Tam tikros dujų masės slėgio padidėjimas, kai šildomas 1 °, yra tam tikra dalis slėgio, kurį ši dujų masė turėjo 0 ° C temperatūroje. Jei slėgis 0 ° C temperatūroje žymimas P, tada dujų slėgio padidėjimas kaitinant 1 ° C yra aP.

Kai kaitinama t laipsnių, slėgio prieaugis bus t kartų didesnis, t.y. slėgio prieaugis proporcingas temperatūros prieaugiui.

2. Reikšmė a, parodanti, kokia slėgio dalimi 0 ° C temperatūroje padidėja dujų slėgis, kai šildomas 1 °, yra vienoda (tiksliau, beveik vienoda) visoms dujoms, t. . Dydis a vadinamas šiluminis, slėgio koeficientas. Taigi visų dujų šiluminio slėgio koeficientas turi tą pačią vertę, lygų .

Tam tikros dujų masės slėgis kaitinant iki 1° in nepakitęs tūris padidėja dalis slėgio esant 0°C (Karolio įstatymas).

Tačiau reikia turėti omenyje, kad dujų slėgio temperatūros koeficientas, gautas matuojant temperatūrą gyvsidabrio termometru, nėra visiškai vienodas skirtingoms temperatūroms: Charleso dėsnis įvykdytas tik apytiksliai, nors ir labai tiksliai.

Karolio dėsnį išreiškianti formulė.

Charleso dėsnis leidžia apskaičiuoti dujų slėgį bet kurioje temperatūroje, jei žinomas jų slėgis 0 °C temperatūroje. Tegul slėgis esant 0°C tam tikros masės dujų tam tikrame tūryje yra , o tų pačių dujų slėgis esant temperatūrai t valgyti p. Yra temperatūros padidėjimas t, todėl slėgio prieaugis yra a t ir norimas slėgis yra

P = + a t=(1+ a t )= (1+ ) (1)

Ši formulė taip pat gali būti naudojama, jei dujos atšaldomos žemiau 0°C; kurioje t turės neigiamas vertes. Esant labai žemai temperatūrai, kai dujos artėja prie suskystinimo būsenos, taip pat labai suslėgtų dujų atveju, Charleso dėsnis negalioja ir formulė (1) nustoja galioti.

Charleso dėsnis molekulinės teorijos požiūriu

Kas vyksta molekulių mikrokosme, kai keičiasi dujų temperatūra, pavyzdžiui, kai kyla dujų temperatūra ir didėja jų slėgis? Molekulinės teorijos požiūriu, yra dvi galimos tam tikrų dujų slėgio padidėjimo priežastys: pirma, molekulinių smūgių skaičius 1 cm 2 gali padidėti 1 sek.; antra, gali padidėti judesio, perduodamo vienai molekulei atsitrenkus į sieną, kiekis. Dėl abiejų priežasčių reikia padidinti molekulių greitį. Iš to tampa aišku, kad dujų temperatūros padidėjimas (makrokosme) yra vidutinio atsitiktinio molekulių judėjimo greičio padidėjimas (mikrokosme). Dujų molekulių greičių nustatymo eksperimentai, kuriuos aptarsiu kiek vėliau, patvirtina šią išvadą.

Kai turime reikalą ne su dujomis, o su kietu ar skystu kūnu, tokių tiesioginių kūno molekulių greičio nustatymo metodų neturime. Tačiau šiais atvejais neabejotina, kad kylant temperatūrai didėja molekulių judėjimo greitis.

Dujų temperatūros pokytis keičiantis jų tūriui. Adiabatiniai ir izoterminiai procesai.

Mes nustatėme, kaip dujų slėgis priklauso nuo temperatūros, jei tūris nesikeičia. Dabar pažiūrėkime, kaip keičiasi tam tikros dujų masės slėgis priklausomai nuo jos užimamo tūrio, jei temperatūra nesikeičia. Tačiau prieš pereinant prie šio klausimo, būtina išsiaiškinti, kaip palaikyti pastovią dujų temperatūrą. Tam reikia ištirti, kas atsitinka su dujų temperatūra, jei jų tūris keičiasi taip greitai, kad šilumos mainai tarp dujų ir aplinkinių kūnų praktiškai nevyksta.

Atlikime šį eksperimentą. Į storasienį skaidrios medžiagos vamzdelį, uždarytą vienu galu, dedame šiek tiek eteriu suvilgytą vatą ir taip vamzdžio viduje susidarys eterio garų mišinys su oru, kuris kaitinant sprogsta. Tada greitai įstumkite sandariai pritvirtintą stūmoklį į vamzdelį. Pamatysime, kad vamzdžio viduje įvyks nedidelis sprogimas. Tai reiškia, kad suspaudus eterio garų mišinį su oru, mišinio temperatūra smarkiai pakilo. Šis reiškinys yra gana suprantamas. Suspaudę dujas išorine jėga, gaminame darbą, dėl kurio dujų vidinė energija turėjo padidėti; taip atsitiko – dujos įkaito.

Dabar leiskime dujoms plėstis ir dirbti prieš išorinio slėgio jėgas. Tai galima padaryti. Dideliame butelyje palikite kambario temperatūros suspaustą orą. Informavus buteliuką išoriniu oru, leiskite orui butelyje išsiplėsti, palikdami nedidelį. skylutes į išorę ir termometrą arba kolbą su vamzdeliu įdėkite į besiplečiančio oro srovę. Termometras rodys pastebimai žemesnę nei kambario temperatūrą, o lašas vamzdelyje, pritvirtintame prie kolbos, bėgs link kolbos, o tai taip pat rodys oro temperatūros sumažėjimą čiurkšlėje. Taigi, kai dujos plečiasi ir tuo pačiu veikia, jos atvėsta ir mažėja jų vidinė energija. Akivaizdu, kad dujų kaitinimas suspaudimo metu ir aušinimas plėtimosi metu yra energijos tvermės dėsnio išraiška.

Jeigu pasuktume į mikropasaulį, tai dujinio šildymo reiškiniai suspaudimo metu ir aušinimo plėtimosi metu taps gana aiškūs. Kai molekulė atsitrenkia į nejudančią sieną ir atsimuša nuo jos, greitis, taigi ir kinetinė molekulės energija, yra vidutiniškai toks pat, kaip prieš atsitrenkiant į sieną. Bet jei molekulė atsitrenkia į stūmoklį ir atsimuša į jį, jos greitis ir kinetinė energija yra didesni nei prieš atsitrenkiant į stūmoklį (kaip ir teniso kamuoliuko greitis padidėja, jei rakete smogiama priešinga kryptimi). Judantis stūmoklis perduoda papildomą energiją nuo jo atsispindėjusiai molekulei. Todėl suspaudimo metu padidėja vidinė dujų energija. Atšokus nuo tolstančio stūmoklio, molekulės greitis mažėja, nes molekulė veikia stumdama besitraukiantį stūmoklį. Todėl dujų išsiplėtimas, susijęs su stūmoklio ar aplinkinių dujų sluoksnių pašalinimu, yra lydimas darbo atlikimo ir lemia dujų vidinės energijos sumažėjimą.

Taigi, suspaudus dujas išorine jėga, jos įkaista, o dujų plėtimąsi lydi jų aušinimas. Šis reiškinys visada kažkiek vyksta, bet ypač ryškiai jį pastebiu, kai šilumos mainai su aplinkiniais kūnais yra minimalūs, nes tokie mainai gali daugiau ar mažiau kompensuoti temperatūros pokyčius.

Vadinami procesai, kurių metu šilumos perdavimas yra toks nereikšmingas, kad jo galima nepaisyti adiabatinis.

Grįžkime prie skyriaus pradžioje pateikto klausimo. Kaip užtikrinti dujų temperatūros pastovumą, nepaisant jų tūrio pokyčių? Akivaizdu, kad tam reikia nuolat perduoti šilumą iš išorės į dujas, jei jos plečiasi, ir nuolatos imti iš jų šilumą, perduodant ją aplinkiniams kūnams, jei dujos suslėgtos. Visų pirma, dujų temperatūra išlieka gana pastovi, jei dujų plėtimasis arba suspaudimas yra labai lėtas, o šilumos perdavimas iš išorės ar išorės gali vykti pakankamai greitai. Lėtai plečiantis, šiluma iš aplinkinių kūnų pereina į dujas ir jų temperatūra sumažėja tiek mažai, kad į šį sumažėjimą galima nepaisyti. Lėtai suspaudžiant, atvirkščiai, šiluma iš dujų perduodama aplinkiniams kūnams, todėl jų temperatūra pakyla tik nežymiai.

Procesai, kurių metu palaikoma pastovi temperatūra, vadinami izoterminis.

Boilio dėsnis – Mariotė

Dabar pereikime prie išsamesnio klausimo, kaip kinta tam tikros dujų masės slėgis, jei jų temperatūra nesikeičia ir keičiasi tik dujų tūris. Jau išsiaiškinome, ką izoterminis procesas vykdomas su sąlyga, kad dujas supančių kūnų temperatūra yra pastovi, o dujų tūris kinta taip lėtai, kad dujų temperatūra bet kuriuo proceso momentu nesiskiria nuo aplinkos temperatūros. kūnai.

Taigi, mes keliame klausimą: kaip tūris ir slėgis yra susiję vienas su kitu izoterminio dujų būsenos pokyčio metu? Kasdienė patirtis mus moko, kad mažėjant tam tikros masės dujų tūriui, didėja jų slėgis. Kaip pavyzdį galite nurodyti elastingumo padidėjimą pripučiant futbolo kamuolį, dviračio ar automobilio padangą. Kyla klausimas: kaip Ar dujų slėgis didėja mažėjant tūriui, jei dujų temperatūra išlieka ta pati?

Atsakymą į šį klausimą davė XVII amžiuje anglų fiziko ir chemiko Roberto Boyle'o (1627-1691) ir prancūzų fiziko Edemo Mariotte'o (1620-1684) atlikti tyrimai.

Eksperimentai, nustatantys ryšį tarp dujų tūrio ir slėgio, gali būti atkartoti: ant vertikalaus stovo , įrengti skyriai, yra stikliniai vamzdžiai BET Ir IN, sujungtas guminiu vamzdeliu C. Į vamzdelius pilamas gyvsidabris. Vamzdis B atidarytas viršuje, vamzdis A turi uždarymo čiaupą. Uždarykite šį maišytuvą, taip užfiksuodami tam tikrą oro masę vamzdelyje BET. Kol nejudiname vamzdelių, gyvsidabrio lygis abiejuose vamzdeliuose yra vienodas. Tai reiškia, kad vamzdyje įstrigusio oro slėgis BET, toks pat kaip ir aplinkos oro slėgis.

Dabar lėtai pakelkime ragelį IN. Pamatysime, kad gyvsidabris abiejuose vamzdeliuose pakils, bet ne taip pat: vamzdelyje IN gyvsidabrio lygis visada bus didesnis nei A. Tačiau jei vamzdelis B nuleidžiamas, gyvsidabrio lygis abiejuose keliuose sumažėja, bet vamzdyje IN sumažės daugiau nei BET.

Vamzdyje įstrigusio oro tūris BET, galima suskaičiuoti iš vamzdžio padalų BET.Šio oro slėgis nuo atmosferinio skirsis gyvsidabrio stulpelio slėgiu, kurio aukštis lygus gyvsidabrio lygių skirtumui vamzdeliuose A ir B. At. pakelk telefoną IN gyvsidabrio kolonėlės slėgis pridedamas prie atmosferos slėgio. Oro tūris A mažėja. Numetus vamzdelį IN gyvsidabrio lygis jame yra mažesnis nei A, o gyvsidabrio stulpelio slėgis atimamas iš atmosferos slėgio; atitinkamai didėja oro tūris A.

Palyginus tokiu būdu gautas vamzdyje A užrakinto oro slėgio ir tūrio vertes, įsitikinsime, kad tam tikros masės oro tūriui padidėjus tam tikrą skaičių kartų, jo slėgis sumažėja tiek pat. , ir atvirkščiai. Oro temperatūra vamzdyje mūsų eksperimentų metu gali būti laikoma nepakitusi.

Panašius eksperimentus galima atlikti ir su kitomis dujomis.Rezultatai tokie patys.

Taigi, tam tikros masės dujų slėgis esant pastoviai temperatūrai yra atvirkščiai proporcingas dujų tūriui (Boyle-Mariotte dėsnis).

Retintų dujų atveju Boyle-Mariotte dėsnis įvykdytas labai tiksliai. Labai suslėgtoms arba atšaldytoms dujoms pastebimi šio dėsnio nukrypimai.

Formulė, išreiškianti Boyle-Mariotte dėsnį.

(2)

Grafikas, išreiškiantis Boyle-Mariotte dėsnį.

Fizikoje ir technikoje grafikai dažnai naudojami dujų slėgio priklausomybei nuo jų tūrio parodyti. Nubraižykite tokį izoterminio proceso tvarkaraštį. Dujų tūrį pavaizduosime išilgai abscisių ašies, o jų slėgį – išilgai ordinačių ašies.

Paimkime pavyzdį. Tegul tam tikros 1 m 3 tūrio dujų masės slėgis lygus 3,6 kg/cm 2 . Remdamiesi Boyle - Mariotte įstatymu, apskaičiuojame, kad tūris lygus 2 m 3 , slėgis yra 3,6 * 0,5 kg/cm 2 = 1,8kg/cm 2 . Tęsdami šiuos skaičiavimus, gauname tokią lentelę:

V (in m 3 )
P(į kg 1 cm 2 )

Pateikti šiuos duomenis brėžinyje taškų pavidalu, kurių abscisės yra V reikšmės, o ordinatės yra atitinkamos reikšmės R, gauname lenktą liniją – izoterminio proceso dujose grafiką (paveikslas aukščiau).

Ryšys tarp dujų tankio ir jų slėgio

Prisiminkite, kad medžiagos tankis yra masė, esanti tūrio vienete. Jei kažkaip pakeisime tam tikros dujų masės tūrį, pasikeis ir dujų tankis. Jei, pavyzdžiui, dujų tūrį sumažinsime penkis kartus, tai dujų tankis padidės penkis kartus. Tai taip pat padidins dujų slėgį; jei temperatūra nepasikeitė, tai, kaip rodo Boyle-Mariotte dėsnis, slėgis taip pat padidės penkis kartus. Iš šio pavyzdžio matyti, kad izoterminio proceso metu dujų slėgis kinta tiesiogiai proporcingai jų tankiui.

Žymintys dujų tankį esant slėgiams ir raides ir , galime rašyti:

Šį svarbų rezultatą galima laikyti dar viena ir esmingesne Boyle-Mariotte dėsnio išraiška. Faktas yra tas, kad vietoj dujų tūrio, kuris priklauso nuo atsitiktinių aplinkybių - nuo to, kokia dujų masė pasirenkama, - į (3) formulę įtrauktas dujų tankis, kuris, kaip ir slėgis, apibūdina dujų būseną ir visiškai nepriklauso nuo atsitiktinio jo masės pasirinkimo.

Molekulinis Boyle-Mariotte dėsnio aiškinimas.

Ankstesniame skyriuje, remiantis Boyle-Mariotte dėsniu, išsiaiškinome, kad esant pastoviai temperatūrai, dujų slėgis yra proporcingas jų tankiui. Jei dujų tankis keičiasi, tai molekulių skaičius 1 cm 3 kinta tiek pat. Jei dujos nėra per daug suspaustos ir dujų molekulių judėjimas gali būti laikomas visiškai nepriklausomu viena nuo kitos, tada smūgių skaičius 1 sek 1 cm 2 kraujagyslės sienelės yra proporcingas molekulių skaičiui 1 cm 3 . Todėl jei vidutinis molekulių greitis laikui bėgant nekinta (jau matėme, kad makrokosme tai reiškia pastovią temperatūrą), tai dujų slėgis turėtų būti proporcingas molekulių skaičiui 1 cm 3 , y., dujų tankis. Taigi Boyle-Mariotte dėsnis puikiai patvirtina mūsų idėjas apie dujų struktūrą.

Tačiau Boyle'o dėsnis – Mariotė nustoja būti pateisinamas, jei pereiname prie didelio spaudimo. Ir šią aplinkybę galima išsiaiškinti, kaip tikėjo M. V. Lomonosovas, remiantis molekulinėmis sąvokomis.

Viena vertus, labai suslėgtose dujose pačių molekulių dydžiai yra panašūs į atstumus tarp molekulių. Taigi laisva erdvė, kurioje juda molekulės, yra mažesnė už bendrą dujų tūrį. Ši aplinkybė padidina molekulinių smūgių į sieną skaičių, nes sumažina atstumą, kurį molekulė turi nuvažiuoti, kad pasiektų sieną.

Kita vertus, labai suspaustose ir dėl to tankesnėse dujose molekules pastebimai traukia kitos molekulės daug dažniau nei molekulės retintose dujose. Tai, priešingai, sumažina molekulinių smūgių į sieną skaičių, nes esant traukai prie kitų molekulių, dujų molekulės juda link sienos mažesniu greičiu nei nesant traukos. Ne per didelis slėgis. antroji aplinkybė yra reikšmingesnė ir produkto PV šiek tiek sumažėja. Esant labai dideliam slėgiui, pirmoji aplinkybė vaidina svarbų vaidmenį ir produkto PV padidėja.

Taigi, pats Boyle-Mariotte dėsnis ir nukrypimai nuo jo patvirtina molekulinę teoriją.

Dujų tūrio pokytis keičiantis temperatūrai

Ištyrėme, kaip tam tikros dujų masės slėgis priklauso nuo temperatūros, jei tūris nesikeičia, ir nuo tūrio , užima dujos, jei temperatūra išlieka pastovi. Dabar nustatysime, kaip elgiasi dujos, jei keičiasi jų temperatūra ir tūris, o slėgis išlieka pastovus.

Panagrinėkime šią patirtį. Palieskime paveikslėlyje pavaizduoto indo delną, kuriame horizontali gyvsidabrio stulpelis užrakina tam tikrą oro masę. Dujos inde įkais, padidės jų slėgis, o gyvsidabrio stulpelis pradės judėti į dešinę. Kolonėlės judėjimas sustos, kai dėl padidėjusio oro tūrio inde jo slėgis taps lygus išoriniam. Taigi, galutinis šio eksperimento rezultatas, kaitinant oro tūris padidėjo, o slėgis nepasikeitė.

Jei žinotume, kaip mūsų eksperimento metu pasikeitė oro temperatūra inde ir tiksliai išmatuotume, kaip keičiasi dujų tūris, galėtume ištirti šį reiškinį iš kiekybinės pusės. Akivaizdu, kad tam reikia indą uždengti kiautu, pasirūpinant, kad visos prietaiso dalys būtų vienodos temperatūros, tiksliai išmatuoti užblokuotos dujų masės tūrį, tada pakeisti šią temperatūrą ir išmatuoti tūrio prieaugį. dujų.

Gay-Lussac dėsnis.

Kiekybinį dujų tūrio priklausomybės nuo temperatūros esant pastoviam slėgiui tyrimą prancūzų fizikas ir chemikas Gay-Lussac (1778-1850) atliko 1802 m.

Eksperimentai parodė, kad dujų tūrio padidėjimas yra proporcingas temperatūros padidėjimui. Todėl dujų šiluminis plėtimasis, kaip ir kitų kūnų, gali būti apibūdinamas tūrio plėtimosi koeficientu b. Paaiškėjo, kad dujoms šis dėsnis laikomasi daug geriau nei kietiems ir skystiems kūnams, todėl dujų tūrinio plėtimosi koeficientas yra praktiškai pastovus net ir labai smarkiai didėjant temperatūrai, o skystiems ir kietiems kūnams – yra; pastovumas stebimas tik apytiksliai.

Iš čia randame:

(4)

Gay-Lussac ir kitų eksperimentai atskleidė puikų rezultatą. Paaiškėjo, kad visų dujų tūrio plėtimosi koeficientas yra vienodas (tiksliau, beveik vienodas) ir lygus = 0,00366 . Šiuo būdu, adresu kaitinant esant pastoviam slėgiui 1 °, tam tikros masės dujų tūris padidėja tūris, kurį užėmė ši dujų masė 0°С (Gėjaus dėsnis - Lussac ).

Kaip matyti, dujų plėtimosi koeficientas sutampa su jų šiluminio slėgio koeficientu.

Reikėtų pažymėti, kad dujų šiluminis plėtimasis yra labai reikšmingas, todėl dujų tūris 0°C temperatūroje labai skiriasi nuo tūrio kitoje, pavyzdžiui, kambario temperatūroje. Todėl, kaip jau minėta, dujų atveju neįmanoma pakeisti tūrio (4) formulėje be pastebimos klaidos. apimtis v. Atsižvelgiant į tai, dujų plėtimosi formulei patogu pateikti tokią formą. Pradiniam tūriui imame tūrį 0°C temperatūroje. Šiuo atveju dujų temperatūros padidėjimas t yra lygus temperatūrai, išmatuotai pagal Celsijaus skalę t . Todėl tūrio plėtimosi koeficientas

Kur (5)

Pagal (6) formulę galima apskaičiuoti tūrį tiek aukštesnėje nei O o C temperatūroje, tiek žemesnėje nei 0°C temperatūroje. Šiuo paskutiniu atveju aš neigiamas. Tačiau reikia turėti omenyje, kad Gay-Lussac įstatymas nėra pateisinamas, kai dujos yra labai suslėgtos arba taip atvėsusios, kad artėja prie suskystėjimo. Šiuo atveju formulės (6) naudoti negalima.

Grafikai, išreiškiantys Char-la ir Gay-Lussac dėsnius

Išilgai abscisių ašies pavaizduosime pastovaus tūrio dujų temperatūrą, o ordinačių ašį – jų slėgį. Tegul dujų slėgis 0 °С temperatūroje yra 1 kg|cm 2 . Naudodami Charleso dėsnį galime apskaičiuoti jo slėgį esant 100 0 C, 200 ° C, 300 ° C ir kt.

Nubraižykime šiuos duomenis grafike. Gauname pasvirusią tiesią liniją. Šį grafiką galime tęsti neigiamų temperatūrų kryptimi. Tačiau, kaip jau minėta, Charleso dėsnis taikomas tik ne žemoms temperatūroms. Todėl grafiko tęsinys tol, kol jis susikirs su abscisių ašimi, ty iki taško, kuriame slėgis lygus nuliui, neatitiks tikrų dujų elgesys.

Absoliuti temperatūra

Nesunku pastebėti, kad pastoviame tūryje esančių dujų slėgis nėra tiesiogiai proporcingas temperatūrai, išmatuotai pagal Celsijaus skalę. Tai aišku, pavyzdžiui, iš lentelės, pateiktos ankstesniame skyriuje. Jei 100 ° C temperatūroje dujų slėgis yra 1,37 kg 1 cm 2 , tada 200 ° C temperatūroje jis lygus 1,73 kg/cm 2 . Celsijaus termometru išmatuota temperatūra padvigubėjo, o dujų slėgis padidėjo tik 1,26 karto. Žinoma, čia nieko stebėtino, nes Celsijaus termometro skalė nustatyta sąlyginai, be jokio ryšio su dujų plėtimosi dėsniais. Tačiau naudojant dujų įstatymus galima nustatyti tokią temperatūrų skalę, kad dujų slėgis valios tiesiogiai proporcinga temperatūrai, matuojant šia nauja skale. Nulis šioje naujoje skalėje vadinamas absoliutus nulis.Šis pavadinimas buvo priimtas, nes, kaip įrodė anglų fizikas Kelvinas (Williamas Thomsonas) (1824-1907), joks kūnas negali būti atvėsintas žemiau šios temperatūros. Atitinkamai ši nauja skalė vadinama absoliučios temperatūros skalė. Taigi absoliutus nulis rodo temperatūrą, lygią -273 °C, ir reiškia temperatūrą, žemiau kurios joks kūnas negali būti vėsinamas jokiomis sąlygomis. Temperatūra, išreikšta skaičiumi 273 ° +, yra absoliuti kūno temperatūra, kurios temperatūra Celsijaus skalėje yra lygi. Paprastai absoliučios temperatūros žymimos raide T. Taigi 273 o + = . Absoliuti temperatūros skalė dažnai vadinama Kelvino skale ir rašoma T° K. Remiantis tuo, kas pasakyta

Gautą rezultatą galima išreikšti žodžiais: Tam tikros masės dujų, esančių pastoviame tūryje, slėgis yra tiesiogiai proporcingas absoliučiai temperatūrai. Tai nauja Charleso įstatymo išraiška.

(6) formulę taip pat patogu naudoti, kai 0°C slėgis nežinomas.

Dujų tūris ir absoliuti temperatūra

Iš (6) formulės galite gauti šią formulę:

- tam tikros masės dujų tūris esant pastoviam slėgiui yra tiesiogiai proporcingas absoliučiai temperatūrai. Tai nauja Gay-Lussac dėsnio išraiška.

Dujų tankio priklausomybė nuo temperatūros

Kas atsitiks su tam tikros dujų masės tankiu, jei temperatūra pakyla ir slėgis nesikeičia?

Prisiminkite, kad tankis yra lygus kūno masei, padalytai iš tūrio. Kadangi dujų masė yra pastovi, kaitinant dujų tankis sumažėja tiek kartų, kiek padidėja tūris.

Kaip žinome, dujų tūris yra tiesiogiai proporcingas absoliučiai temperatūrai, jei slėgis išlieka pastovus. Vadinasi, Dujų tankis esant pastoviam slėgiui yra atvirkščiai proporcingas absoliučiai temperatūrai. Jei ir yra dujų tankiai esant temperatūrai ir , tada yra santykis

Vieningas dujinės būsenos dėsnis

Atsižvelgėme į atvejus, kai vienas iš trijų dydžių, apibūdinančių dujų būseną (slėgis, temperatūra ir tūris), nekinta. Matėme, kad jei temperatūra yra pastovi, tai slėgis ir tūris yra susiję vienas su kitu pagal Boyle-Mariotte dėsnį; jei tūris pastovus, tai slėgis ir temperatūra yra susiję pagal Charleso dėsnį; jei slėgis yra pastovus, tada tūris ir temperatūra yra susiję pagal Gay-Lussac dėsnį. Nustatykime ryšį tarp tam tikros dujų masės slėgio, tūrio ir temperatūros, jei visi trys šie dydžiai keičiasi.

Tegul pradinis tam tikros dujų masės tūris, slėgis ir absoliuti temperatūra yra V 1 , P 1 ir T 1 galutinis - V 2 , P 2 ir T 2 - Galima įsivaizduoti, kad perėjimas iš pradinės į galutinę būseną įvyko dviem etapais. Pavyzdžiui, pirmiausia pakeiskime dujų tūrį iš V 1 į V 2 , ir temperatūra T 1 išliko nepakitusi. Gautas dujų slėgis žymimas P plg. . Tada temperatūra pasikeitė iš T 1 į T 2 esant pastoviam tūriui, o slėgis pasikeitė iš P cf į P 2 . Padarykime lentelę:

Boilio dėsnis – Mariotė

Р 1 V 1 t 1

P cp V 2 T 1

Charleso įstatymas

P cp V 2 T 1

Taikydami pirmajam perėjimui Boyle-Mariotte dėsnį, rašome

Antrajam perėjimui pritaikius Charleso dėsnį, galima rašyti

Šias lygybes padauginus iš termino ir sumažinant iš P cp mes gauname:

(10)

Taigi, tam tikros masės dujų tūrio ir jų slėgio sandauga yra proporcinga absoliučiai dujų temperatūrai. Tai yra vieningas dujų būsenos dėsnis arba dujų būsenos lygtis.

Teisė Daltonas

Iki šiol buvo kalbama apie pavienių dujų – deguonies, vandenilio ir tt slėgį. Tačiau gamtoje ir technikoje labai dažnai susiduriame su kelių dujų mišiniu. Svarbiausias to pavyzdys – oras, kuris yra azoto, deguonies, argono, anglies dioksido ir kitų dujų mišinys. Nuo ko priklauso spaudimas? mišinys dujos?

Į kolbą įdėkite gabalėlį medžiagos, chemiškai surišančios deguonį iš oro (pavyzdžiui, fosforo), ir greitai uždarykite kolbą kamščiu su vamzdeliu. pritvirtintas prie gyvsidabrio manometro. Po kurio laiko visas ore esantis deguonis susijungs su fosforu. Pamatysime, kad manometras rodys mažesnį slėgį nei prieš deguonies pašalinimą. Tai reiškia, kad deguonies buvimas ore padidina jo slėgį.

Tikslų dujų mišinio slėgio tyrimą 1809 m. pirmą kartą atliko anglų chemikas Johnas Daltonas (1766–1844). Slėgis, kurį turėtų kiekviena iš mišinį sudarančių dujų, jei likusios dujos būtų pašalintos iš vadinamas tūris, kurį užima mišinys dalinis slėgisšios dujos. Daltonas tai atrado dujų mišinio slėgis lygus jų dalinių slėgių sumai(Daltono dėsnis). Atkreipkite dėmesį, kad Daltono dėsnis netaikomas labai suslėgtoms dujoms, taip pat Boyle-Mariotte dėsnis.

Kaip interpretuoti Daltono dėsnį molekulinės teorijos požiūriu, pasakysiu kiek toliau.

Dujų tankiai

Dujų tankis yra viena iš svarbiausių jų savybių charakteristikų. Kalbant apie dujų tankį, jie paprastai reiškia jų tankį normaliomis sąlygomis(t. y. esant 0 ° C temperatūrai ir 760 laipsnių slėgiui mm rt. Art.). Be to, jie dažnai naudoja santykinis tankis dujos, o tai reiškia tam tikrų dujų tankio ir oro tankio santykį tomis pačiomis sąlygomis. Nesunku pastebėti, kad santykinis dujų tankis nepriklauso nuo sąlygų, kuriomis jos yra, nes pagal dujų būsenos dėsnius visų dujų tūriai kinta vienodai keičiantis slėgiui ir temperatūrai.

Kai kurių dujų tankiai

	Tankis normaliomis sąlygomis in g/l arba viduje kg/m 3	Ryšys su oro tankiu	Ryšys su vandenilio tankiu	Molekulinė arba atominė masė
	0,0899 1,25 1,43 1,977 0,179	0,0695 0,967 1.11 1,53 0,139		29 (vidutinis)
Vandenilis (H 2)
Azotas (N 2 )
Deguonis (O 2 )
Anglies dioksidas (CO 2 )
helis (ne)

Dujų tankį galima nustatyti taip. Kolbą pasverkime čiaupu du kartus: vieną kartą išsiurbdami iš jos kuo daugiau oro, antrą kartą pripildydami kolbą tiriamų dujų iki slėgio, kurį būtina žinoti. Svorių skirtumą padalijus iš kolbos tūrio, kuris turi būti nustatytas iš anksto, randame dujų tankį tokiomis sąlygomis. Tada, naudodamiesi dujų būsenos lygtimi, nesunkiai galime rasti dujų tankį normaliomis sąlygomis d n. Iš tiesų, į formulę (10) įdėjome P 2 \u003d\u003d R n, V 2 \u003d V n, T 2 \u003d T n ir, padaugindami skaitiklį ir vardiklį

dujų masės m formules gauname:

Taigi, atsižvelgiant į tai, ką randame:

Kai kurių dujų tankio matavimų rezultatai pateikti aukščiau esančioje lentelėje.

Paskutinės dvi stulpeliai rodo proporcingumą tarp dujų tankio ir jų molekulinės masės (helio atveju – atominės masės).

Avogadro dėsnis

Palyginus priešpaskutiniame lentelės stulpelyje pateiktus skaičius su nagrinėjamų dujų molekulinėmis masėmis, nesunku pastebėti, kad dujų tankiai tomis pačiomis sąlygomis yra proporcingi jų molekulinėms masėms. Iš šio fakto daroma labai svarbi išvada. Kadangi molekulinės masės yra susijusios su molekulių masėmis, tada

, čia d yra dujų tankis, o m yra jų molekulių masė.

jų molekulių masės. Kita vertus, dujų masės M 1 ir M 2 , uždarytas vienodais tūriais V, yra susiję kaip jų tankis:

nurodantis tūryje esančių pirmosios ir antrosios dujų molekulių skaičių V, raidės N 1 ir N 2, galime parašyti, kad bendra dujų masė yra lygi vienos iš jų molekulių masei, padaugintai iš molekulių skaičiaus: M 1 =t 1 N 1 Ir M 2 =t 2 N 2 Štai kodėl

Palyginus šį rezultatą su formule , rasti,

kad N 1 \u003d N 2. taip , esant tokiam pačiam slėgiui ir temperatūrai, vienoduose tūriuose skirtingų dujų yra tiek pat molekulių.

Šį dėsnį, remdamasis cheminiais tyrimais, atrado italų chemikas Amedeo Avogadro (1776-1856). Tai reiškia dujas, kurios nėra labai stipriai suslėgtos (pavyzdžiui, atmosferos slėgio dujos). Labai suslėgtų dujų atveju jis negali būti laikomas galiojančiu.

Avogadro dėsnis reiškia, kad dujų slėgis tam tikroje temperatūroje priklauso tik nuo molekulių skaičiaus dujų tūrio vienete, bet nepriklauso nuo to, ar šios molekulės yra sunkios ar lengvos. Tai supratus, nesunku suprasti Daltono dėsnio esmę. Pagal Boyle-Mariotte dėsnį, jei padidiname dujų tankį, tai yra, į tam tikrą tūrį pridedame tam tikrą skaičių šių dujų molekulių, padidiname dujų slėgį. Bet pagal Avogadro dėsnį toks pat slėgio padidėjimas turėtų būti gaunamas, jei vietoj pirmųjų dujų molekulių pridedame tiek pat kitų dujų molekulių. Būtent iš to susideda Daltono dėsnis, kuris teigia, kad galima padidinti dujų slėgį į tą patį tūrį pridedant kitų dujų molekulių, o jei pridedamų molekulių skaičius yra toks pat kaip ir pirmuoju atveju, tada bus gautas toks pat slėgio padidėjimas. Akivaizdu, kad Daltono dėsnis yra tiesioginė Avogadro dėsnio pasekmė.

Gramo molekulė. Avogadro numeris.

Skaičius, nurodantis dviejų molekulių masių santykį, tuo pačiu rodo dviejų medžiagos dalių, turinčių tą patį molekulių skaičių, masių santykį. Todėl 2 g vandenilio (Na molekulinė masė yra 2), 32 G deguonies (molekulinė masė Od yra 32) ir 55,8 G geležis (jos molekulinė masė sutampa su atomine svoriu, lygi 55,8) ir kt. turi tiek pat molekulių.

Medžiagos kiekis, kurio gramų skaičius lygus jos molekulinei masei, vadinamas gramų molekulė arba meldžiamės.

Iš to, kas pasakyta, išplaukia, kad kandyse yra įvairių medžiagų tiek pat molekulių. Todėl dažnai pasirodo patogu naudoti apgamą kaip specialų vienetą, kuriame yra skirtingas gramų skaičius skirtingoms medžiagoms, bet toks pat molekulių skaičius.

Molekulių skaičius viename molyje medžiagos, kuri gavo pavadinimą Avogadro skaičiai, yra svarbus fizinis dydis. Avogadro skaičiui nustatyti buvo atlikta daugybė ir įvairių tyrimų. Jie susiję su Brauno judėjimu, elektrolizės reiškiniais ir daugeliu kitų. Šie tyrimai davė gana nuoseklių rezultatų. Šiuo metu manoma, kad Avogadro numeris yra

N= 6,02*10 23 mol -1 .

Taigi 2 g vandenilio, 32 g deguonies ir tt turi po 6,02 * 10 23 molekules. Norėdami įsivaizduoti šio skaičiaus milžiniškumą, įsivaizduokite 1 milijono kvadratinių kilometrų dykumą, padengtą 600 metrų storio smėlio sluoksniu. m. Tada, jei kiekvieno smėlio grūdelio tūris yra 1 mm 3 , tada bendras smėlio grūdelių skaičius dykumoje bus lygus Avogadro skaičiui.

Iš Avogadro dėsnio išplaukia, kad Skirtingų dujų moliai tomis pačiomis sąlygomis turi vienodą tūrį. Vieno molio tūrį normaliomis sąlygomis galima apskaičiuoti padalijus dujų molekulinę masę iš jų tankio normaliomis sąlygomis.

Šiuo būdu, bet kurių dujų molio tūris normaliomis sąlygomis yra 22400 cm 3.

Greičiai dujų molekulių

Kokiais greičiais juda molekulės, ypač dujų molekulės? Šis klausimas natūraliai iškilo, kai tik buvo sukurtos idėjos apie molekules. Ilgą laiką molekulių greičius buvo galima įvertinti tik netiesioginiais skaičiavimais, o tik palyginti neseniai buvo sukurti metodai, leidžiantys tiesiogiai nustatyti dujų molekulių greitį.

Pirmiausia išsiaiškinkime, ką reiškia molekulių greitis. Prisiminkite, kad dėl nenutrūkstamų susidūrimų kiekvienos atskiros molekulės greitis visą laiką kinta: molekulė juda arba greitai, arba lėtai, o kurį laiką molekulės greitis įgauna daug skirtingų reikšmių. Kita vertus, bet kuriuo konkrečiu momentu daugybėje molekulių, sudarančių nagrinėjamų dujų tūrį, yra labai skirtingų greičių molekulių. Akivaizdu, kad norint apibūdinti dujų būseną, reikia kalbėti apie tam tikrą Vidutinis greitis. Galima manyti, kad tai yra vidutinis vienos iš molekulių greitis per pakankamai ilgą laiką arba kad tai yra vidutinis visų dujų molekulių greitis tam tikrame tūryje tam tikru momentu.

Apsigyvenkime ties argumentais, kurie leidžia apskaičiuoti vidutinį dujų molekulių greitį.

Dujų slėgis proporcingas penkv 2 , kur T - molekulės masė v- vidutinis greitis ir P - molekulių skaičius tūrio vienete. Tikslesnis skaičiavimas veda prie formulės

Iš (12) formulės galima išvesti keletą svarbių pasekmių. Perrašykime formulę (12) tokia forma:

čia e yra vidutinė vienos molekulės kinetinė energija. Dujų slėgį esant T 1 ir T 2 temperatūroms pažymėkime raidėmis p 1 ir p 2, o molekulių vidutines kinetinę energiją esant šioms temperatūroms e 1 ir e 2 . Tokiu atveju

Palyginus šį santykį su Charleso įstatymu

Taigi, absoliuti dujų temperatūra yra proporcinga vidutinei dujų molekulių kinetinei energijai. Kadangi vidutinė molekulių kinetinė energija yra proporcinga vidutinio molekulių greičio kvadratui, mūsų palyginimas leidžia daryti išvadą, kad absoliuti dujų temperatūra yra proporcinga dujų molekulių vidutinio greičio kvadratui ir kad molekulių greitis didėja proporcingai absoliučios temperatūros kvadratinei šakniai.

Kai kurių dujų molekulių vidutiniai greičiai

Kaip matote, vidutiniai molekulių greičiai yra labai reikšmingi. Kambario temperatūroje jie paprastai pasiekia šimtus metrų per sekundę. Dujose vidutinis molekulių judėjimo greitis yra maždaug pusantro karto didesnis nei garso greitis tose pačiose dujose.

Iš pirmo žvilgsnio toks rezultatas atrodo labai keistas. Atrodo, kad molekulės negali judėti tokiais dideliais greičiais: juk difuzija net dujose, o juo labiau skysčiuose vyksta palyginti labai lėtai, bet kokiu atveju daug lėčiau nei sklinda garsas. Tačiau esmė ta, kad judėdamos molekulės labai dažnai susiduria viena su kita ir tuo pačiu keičia savo judėjimo kryptį. Dėl to jie juda viena ar kita kryptimi, dažniausiai stumiasi vienoje vietoje. Dėl to, nepaisant didelio judėjimo greičio intervalais tarp susidūrimų, nepaisant to, kad molekulės niekur neužsibūna, bet kuria kryptimi jos juda gana lėtai.

Lentelėje taip pat matyti, kad skirtingų molekulių greičių skirtumas atsiranda dėl jų masių skirtumo. Šią aplinkybę patvirtina nemažai pastebėjimų. Pavyzdžiui, vandenilis pro siauras skylutes (poras) prasiskverbia greičiau nei deguonis ar azotas. Tai galima rasti šioje patirtyje.

Stiklinis piltuvas uždaromas porėtu indu arba užsandarinamas popieriumi ir nuleidžiamas galas į vandenį. Jei piltuvas uždengiamas stiklu, po kuriuo įleidžiamas vandenilis (arba šviečiančios dujos), pamatysime, kad vandens lygis piltuvo gale nukris ir iš jo pradės lįsti burbuliukai. Kaip tai paaiškinti?

Per siauras poras inde ar popieriuje gali prasiskverbti ir oro molekulės (iš piltuvo vidaus po stiklu), ir vandenilio molekulės (iš po stiklo į piltuvą). Tačiau šių procesų greitis skiriasi. Molekulių dydžio skirtumas čia nevaidina reikšmingo vaidmens, nes skirtumas yra nedidelis, ypač lyginant su porų dydžiu: vandenilio molekulės „ilgis“ yra apie 2,3 * 10 -8 cm, o deguonies arba azoto molekulė yra apie 3 * 10 -8 cm, skylių, kurios yra poros, skersmuo yra tūkstančius kartų didesnis. Didelis vandenilio prasiskverbimo pro porėtą sienelę greitis paaiškinamas didesniu jo molekulių judėjimo greičiu. Todėl vandenilio molekulės greitai prasiskverbia iš stiklo į piltuvą. Dėl to piltuvėlyje kaupiasi molekulės, didėja slėgis ir išeina dujų mišinys burbuliukų pavidalu.

Tokie prietaisai naudojami aptikti ugnies dujų susimaišymą su oru, kuris gali sukelti sprogimą kasyklose.

Dujų šiluminė talpa

Tarkime, kad turime 1 G dujų. Kiek šilumos turi būti perduota, kad jos temperatūra pakiltų 1 °C, kitaip tariant, kokia specifinė dujų šiluminė galia?Į šį klausimą, kaip rodo patirtis, vienareikšmiškai atsakyti negalima. Atsakymas priklauso nuo sąlygų, kuriomis šildomos dujos. Jei jo tūris nesikeičia, tada dujoms pašildyti reikia tam tikro šilumos kiekio; tai taip pat padidina dujų slėgį. Jei šildymas atliekamas taip, kad jo slėgis nesikeičia, tada reikės kitokio, didesnio šilumos kiekio nei pirmuoju atveju; tai padidins dujų tūrį. Galiausiai galimi ir kiti atvejai, kai kaitinant keičiasi ir tūris, ir slėgis; šiuo atveju reikės tam tikro šilumos kiekio, kuris priklauso nuo šių pokyčių masto. Remiantis tuo, kas buvo pasakyta, dujos gali turėti daug įvairių specifinių šiluminių pajėgumų, priklausomai nuo šildymo sąlygų. Paprastai yra du visi šie specifiniai šilumos pajėgumai: savitoji šiluminė talpa esant pastoviam tūriui (C v ) ir savitoji šiluma esant pastoviam slėgiui (C p ).

Norint nustatyti C v, reikia pakaitinti dujas, dedamas į uždarą indą. Galima nepaisyti paties indo išsiplėtimo kaitinant. Nustatant C p, reikia šildyti dujas, dedamas į cilindrą, uždarytą stūmokliu, kurio apkrova išlieka nepakitusi.

Šilumos talpa esant pastoviam slėgiui C p yra didesnė už šiluminę talpą esant pastoviam tūriui C v. Iš tiesų, kai šildomas 1 G dujos 1 ° esant pastoviam tūriui, tiekiama šiluma naudojama tik dujų vidinei energijai padidinti. Norint pašildyti tą pačią dujų masę esant pastoviam slėgiui 1 °, būtina jai perduoti šilumą, dėl kurios padidės ne tik vidinė dujų energija, bet ir darbas, susijęs su dujų plėtimu. būti atliktas. Norėdami gauti C p iki C v vertės, turite pridėti kitą šilumos kiekį, ekvivalentišką darbui, atliekamam plečiant dujas.

5 psl

Absoliuti temperatūra

Nesunku pastebėti, kad pastoviame tūryje esančių dujų slėgis nėra tiesiogiai proporcingas temperatūrai, išmatuotai pagal Celsijaus skalę. Tai aišku, pavyzdžiui, iš lentelės, pateiktos ankstesniame skyriuje. Jei 100°C temperatūroje dujų slėgis yra 1,37 kg/cm2, tai 200°C temperatūroje jis yra 1,73 kg/cm2. Celsijaus termometru išmatuota temperatūra padvigubėjo, o dujų slėgis – tik 1,26 karto. Žinoma, čia nieko stebėtino, nes Celsijaus termometro skalė nustatyta sąlyginai, be jokio ryšio su dujų plėtimosi dėsniais. Tačiau naudojant dujų įstatymus galima nustatyti tokią temperatūros skalę, kad dujų slėgis būtų tiesiogiai proporcingas temperatūrai, išmatuotai pagal šią naują skalę. Nulis šioje naujoje skalėje vadinamas absoliučiu nuliu. Šis pavadinimas priimtas todėl, kad, kaip įrodė anglų fizikas Kelvinas (Williamas Thomsonas) (1824-1907), joks kūnas negali būti atvėsintas žemiau šios temperatūros.

Atsižvelgiant į tai, ši nauja skalė dar vadinama absoliučios temperatūros skale. Taigi absoliutus nulis rodo temperatūrą, lygią -273°C Celsijaus, ir yra temperatūra, žemiau kurios joks kūnas negali būti vėsinamas jokiomis aplinkybėmis. Temperatūra, išreikšta 273°+t1, yra absoliuti kūno temperatūra, kurios Celsijaus temperatūra yra lygi t1. Paprastai absoliučios temperatūros žymimos raide T. Taigi 2730+t1=T1. Absoliuti temperatūros skalė dažnai vadinama Kelvino skale ir rašoma T ° K. Remiantis tuo, kas buvo pasakyta

Gautas rezultatas gali būti išreikštas žodžiais: tam tikros masės dujų, esančių pastoviame tūryje, slėgis yra tiesiogiai proporcingas absoliučiai temperatūrai. Tai nauja Charleso įstatymo išraiška.

(6) formulę taip pat patogu naudoti, kai 0°C slėgis nežinomas.

Dujų tūris ir absoliuti temperatūra

Iš (6) formulės galima gauti tokią formulę:

Tam tikros masės dujų tūris esant pastoviam slėgiui yra tiesiogiai proporcingas absoliučiai temperatūrai. Tai nauja Gay-Lussac dėsnio išraiška.

Dujų tankio priklausomybė nuo temperatūros

Kas atsitiks su tam tikros dujų masės tankiu, jei temperatūra pakyla ir slėgis nesikeičia?

Prisiminkite, kad tankis yra lygus kūno masei, padalytai iš tūrio. Kadangi dujų masė yra pastovi, kaitinant dujų tankis sumažėja tiek kartų, kiek padidėja tūris.

Kaip žinome, dujų tūris yra tiesiogiai proporcingas absoliučiai temperatūrai, jei slėgis išlieka pastovus. Todėl pastovaus slėgio dujų tankis yra atvirkščiai proporcingas absoliučiai temperatūrai. Jei d1 ir d2 yra dujų tankiai esant temperatūroms t1 ir t2, tada ryšys galioja

Vieningas dujinės būsenos dėsnis

Atsižvelgėme į atvejus, kai vienas iš trijų dydžių, apibūdinančių dujų būseną (slėgis, temperatūra ir tūris), nekinta. Matėme, kad jei temperatūra yra pastovi, tai slėgis ir tūris yra susiję vienas su kitu pagal Boyle-Mariotte dėsnį; jei tūris pastovus, tai slėgis ir temperatūra yra susiję pagal Charleso dėsnį; jei slėgis yra pastovus, tada tūris ir temperatūra yra susiję pagal Gay-Lussac dėsnį. Nustatykime ryšį tarp tam tikros dujų masės slėgio, tūrio ir temperatūros, jei pasikeičia visi trys dydžiai.

Tegul pradinis tam tikros masės dujų tūris, slėgis ir absoliuti temperatūra yra lygūs V1, P1 ir T1, galutiniai - V2, P2 ir T2 - Galima įsivaizduoti, kad perėjimas iš pradinės į galutinę būseną įvyko dviem. etapai. Pavyzdžiui, tegul dujų tūris pirmiausia pasikeičia iš V1 į V2, o temperatūra T1 lieka nepakitusi. Gautas dujų slėgis žymimas Pav Tada temperatūra pasikeitė iš T1 į T2 esant pastoviam tūriui, o slėgis pasikeitė iš Pav. P. Padarykime lentelę:

Boilio dėsnis – Mariotė

Charleso įstatymas

Keičiantis, pirmuoju perėjimu parašome Boyle-Mariotte dėsnį

Pritaikę Karolio dėsnį antrajam perėjimui, galime rašyti

Padauginus šias lygybes iš termino ir sumažinus iš Pcp, gauname:

Taigi, tam tikros masės, dujų ir jų slėgio sandauga yra proporcinga absoliučiai dujų temperatūrai. Tai yra vieningas dujų būsenos dėsnis arba dujų būsenos lygtis.

Teisė Daltonas

Iki šiol buvo kalbama apie pavienių dujų – deguonies, vandenilio ir tt slėgį. Tačiau gamtoje ir technikoje labai dažnai susiduriame su kelių dujų mišiniu. Svarbiausias to pavyzdys – oras, kuris yra azoto, deguonies, argono, anglies dioksido ir kitų dujų mišinys. Nuo ko priklauso dujų mišinio slėgis?

Į kolbą įdėkite gabalėlį medžiagos, chemiškai surišančios deguonį iš oro (pavyzdžiui, fosforo), ir greitai uždarykite kolbą kamščiu su vamzdeliu. prijungtas prie gyvsidabrio manometro. Po kurio laiko visas ore esantis deguonis susijungs su fosforu. Pamatysime, kad manometras rodys mažesnį slėgį nei prieš deguonies pašalinimą. Tai reiškia, kad deguonies buvimas ore padidina jo slėgį.

Tikslų dujų mišinio slėgio tyrimą 1809 m. pirmą kartą atliko anglų chemikas Johnas Daltonas (1766–1844). Slėgis, kurį turėtų kiekviena iš mišinį sudarančių dujų, jei likusios dujos būtų pašalintos iš mišinio užimamas tūris vadinamas daliniu šių dujų slėgiu. Daltonas nustatė, kad dujų mišinio slėgis yra lygus jų dalinių slėgių sumai. (Daltono dėsnis). Atkreipkite dėmesį, kad Daltono dėsnis netaikomas labai suslėgtoms dujoms, taip pat Boyle-Mariotte dėsnis.

Alyvos fizikinės ir cheminės savybės ir ją apibūdinantys parametrai: tankis, klampumas, gniuždomumas, tūrinis koeficientas. Jų priklausomybė nuo temperatūros ir slėgio

Rezervuarinių alyvų fizinės savybės labai skiriasi nuo paviršinių degazuotų alyvų, o tai lemia temperatūros, slėgio ir ištirpusių dujų įtaka. Apskaičiuojant naftos ir naftos dujų atsargas, projektuojant, plėtojant ir eksploatuojant naftos telkinius, atsižvelgiama į rezervuarinių alyvų fizikinių savybių pasikeitimą, susijusį su jų buvimo rezervuaruose termodinaminėmis sąlygomis.

Tankis degazuota alyva svyruoja plačiame diapazone – nuo ​​600 iki 1000 kg/m 3 ir daugiau, ir daugiausia priklauso nuo angliavandenilių sudėties ir asfalto dervingų medžiagų kiekio.

Alyvos tankis rezervuaro sąlygomis priklauso nuo ištirpusių dujų kiekio, temperatūros ir slėgio. Didėjant slėgiui, tankis šiek tiek padidėja, o padidėjus kitiems dviem veiksniams – mažėja. Pastarųjų veiksnių įtaka yra ryškesnė. Azoto arba anglies dioksido prisotintų alyvų tankis šiek tiek didėja didėjant slėgiui.

Ištirpusių dujų kiekio ir temperatūros poveikis stipresnis. Todėl dujų tankis visada yra mažesnis nei degazuotos alyvos tankis paviršiuje. Didėjant slėgiui, naftos tankis žymiai sumažėja, o tai susiję su naftos prisotinimu dujomis. Slėgio padidėjimas virš naftos prisotinimo slėgio dujomis prisideda prie tam tikro naftos tankio padidėjimo.

Formavimo vandenų tankiui, be slėgio, temperatūros ir ištirpusių dujų, didelę įtaką daro jų druskingumas. Kai druskų koncentracija formavimo vandenyje yra 643 kg/m 3 , jo tankis siekia 1450 kg/m 3 .

Tūrio santykis. Kai dujos ištirpsta skystyje, jų tūris didėja. Skysčio tūrio su jame ištirpusiomis dujomis rezervuaro sąlygomis santykis su to paties skysčio tūriu ant paviršiaus po jo išdujinimo vadinamas tūriniu koeficientu.

b=V PL / V SOV

čia V PL yra alyvos tūris rezervuaro sąlygomis; V POV - tos pačios alyvos tūris esant atmosferiniam slėgiui ir t=20°C po degazavimo.

Kadangi naftoje gali ištirpti labai daug angliavandenilių dujų (1 m 3 naftos net 1000 ir daugiau m 3), tai priklausomai nuo termodinaminių sąlygų, naftos tūrinis koeficientas gali siekti 3,5 ir daugiau. Formavimo vandens tūriniai koeficientai yra 0,99-1,06.

Išgaunamos naftos kiekio sumažėjimas, palyginti su naftos tūriu rezervuare, išreikštas procentais, vadinamas „susitraukimu“.

u=(b-1) / b *100 %

Kai slėgis sumažėja nuo pradinio rezervuaro p 0 iki prisotinimo slėgio, tūrinis koeficientas kinta mažai, nes nafta su joje ištirpusiomis dujomis šioje srityje elgiasi kaip paprastas silpnai gniuždomas skystis, šiek tiek plečiantis mažėjant slėgiui. Mažėjant slėgiui, iš alyvos palaipsniui išsiskiria dujos, o tūrio koeficientas mažėja. Padidėjus alyvos temperatūrai, pablogėja dujų tirpumas, todėl sumažėja tūrinis koeficientas

Klampumas. Klampumas yra viena iš svarbiausių aliejaus savybių. Į alyvos klampumą atsižvelgiama beveik visuose hidrodinaminiuose skaičiavimuose, susijusiuose su skysčio kėlimu per vamzdžius, gręžinių praplovimu, gręžinių produktų transportavimu per vidinius vamzdžius, apdorojant dugno angų formavimo zonas įvairiais metodais, taip pat atliekant skaičiavimus, susijusius su naftos judėjimu rezervuaras.

Rezervuaro alyvos klampumas labai skiriasi nuo paviršinės alyvos klampos, nes jos sudėtyje yra ištirpusių dujų ir ji yra padidėjusio slėgio ir temperatūros sąlygomis. Didėjant ištirpusių dujų kiekiui ir temperatūrai, alyvų klampumas mažėja.

Slėgio padidėjimas žemiau prisotinimo slėgio padidina GOR ir dėl to sumažėja klampumas. Slėgio padidėjimas virš rezervuaro alyvos prisotinimo slėgio padidina klampumą

Didėjant aliejaus molekulinei masei, didėja jo klampumas. Taip pat alyvos klampumui didelę įtaką turi parafinų ir asfalto dervų kiekis joje, kaip taisyklė, jo didėjimo kryptimi.

Alyvos suspaudimas. Aliejus turi elastingumą, tai yra, gali pakeisti savo tūrį veikiant išoriniam slėgiui. Skysčio elastingumas matuojamas suspaudžiamumo koeficientu, kuris apibrėžiamas kaip skysčio tūrio pokyčio ir pradinio tūrio santykis, pasikeitus slėgiui:

β P =ΔV/(VΔP) , kur

ΔV – alyvos tūrio pokytis; V – pradinis alyvos tūris; ΔP – slėgio pokytis

Rezervuaro alyvos suspaudimo koeficientas priklauso nuo sudėties, joje ištirpusių dujų kiekio, temperatūros ir absoliutaus slėgio.

Degazuotos alyvos turi santykinai mažą suspaudimo koeficientą, maždaug (4-7) * 10 -10 1/Pa, o lengvosios alyvos, kurių sudėtyje yra daug ištirpusių dujų - iki 140 * 10 -10 1 / Pa . Kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnis suspaudimo koeficientas.

Tankis.

Tankis paprastai suprantamas kaip medžiagos masė, esančios tūrio vienete. Atitinkamai, šio kiekio matmenys yra kg / m 3 arba g / cm 3.

ρ=m/V

Alyvos tankis rezervuaro sąlygomis mažėja dėl joje ištirpusių dujų ir dėl temperatūros padidėjimo. Tačiau kai slėgis nukrenta žemiau soties slėgio, alyvos tankio priklausomybė yra nemonotoniška, o kai slėgis padidėja virš soties slėgio, alyva susitraukia ir tankis šiek tiek padidėja.

Alyvos klampumas.

Klampumas apibūdina trinties jėgą (vidinį pasipriešinimą), kuri atsiranda tarp dviejų gretimų sluoksnių skysčio ar dujų viduje vienam paviršiaus vienetui jų tarpusavio judėjimo metu.

Alyvos klampumas nustatomas eksperimentiniu būdu specialiu VVD-U viskozimetru. Viskoziometro veikimo principas pagrįstas metalinio rutulio kritimo tiriamame skystyje laiko matavimu.

Alyvos klampumas nustatomas pagal formulę:

μ = t (ρ w - ρ l) k

t – kamuoliuko kritimo laikas, s

ρ w ir ρ w - rutulio ir skysčio tankis, kg / m 3

k yra viskozimetro konstanta

Padidėjus temperatūrai sumažėja alyvos klampumas (2. a pav.). Slėgio padidėjimas žemiau prisotinimo slėgio padidina GOR ir dėl to sumažėja klampumas. Slėgio padidėjimas virš rezervuaro alyvos prisotinimo slėgio padidina klampumą (2. b pav.).

Minimali klampumo reikšmė atsiranda tada, kai slėgis rezervuare tampa lygus rezervuaro prisotinimo slėgiui.

Alyvos suspaudimas

Aliejus turi elastingumo. Alyvos elastinės savybės įvertinamos alyvos suspaudimo koeficientu. Alyvos suspaudžiamumas suprantamas kaip skysčio gebėjimas pakeisti savo tūrį esant slėgiui:

β n = (1)

β n - alyvos suspaudimo koeficientas, MPa -1-

V n - pradinis alyvos tūris, m 3

∆V – alyvos tūrio matavimas esant slėgio matavimui ∆Р

Suspaudimo koeficientas apibūdina santykinį alyvos tūrio vieneto pokytį su slėgio pokyčiu vienetui. Tai priklauso nuo rezervuaro alyvos sudėties, temperatūros ir absoliutaus slėgio. Didėjant temperatūrai, suspaudžiamumo koeficientas didėja.

Tūrio santykis

Tūrio koeficientas suprantamas kaip reikšmė, rodanti, kiek kartų naftos tūris rezervuaro sąlygomis viršija tos pačios alyvos tūrį po dujų išleidimo į paviršių.

in \u003d V pl / V deg

c - tūrinis koeficientas

V pl ir V deg - rezervuaro ir išdujintos alyvos tūris, m 3

Sumažėjus slėgiui nuo pradinio rezervuaro p 0 iki prisotinimo slėgio (ab sekcija), tūrinis koeficientas kinta mažai, nes nafta su joje ištirpusiomis dujomis šioje srityje elgiasi kaip paprastas silpnai gniuždomas skystis, šiek tiek plečiantis mažėjant slėgiui.

Mažėjant slėgiui, iš alyvos palaipsniui išsiskiria dujos, o tūrio koeficientas mažėja. Padidėjus alyvos temperatūrai, pablogėja dujų tirpumas, todėl sumažėja tūrinis koeficientas.