Gazlarning zichligi
Gazlar, suyuqliklardan farqli o'laroq, past zichlik bilan ajralib turadi. Gazning normal zichligi 0 ° C haroratda bir litr gazning massasi va 1 kgf / sm2 bosimdir. Har qanday gazning bir molekulasining massasi uning zichligiga proportsionaldir.
Gazning zichligi, c, bosimga mutanosib ravishda o'zgaradi va gaz massasi m ning u egallagan V hajmiga nisbati bilan o'lchanadi:
Amaliy maqsadlar uchun har xil gazlarni bir xil bosim va harorat sharoitida havoga nisbatan zichligi bilan tavsiflash qulay. Turli gazlarning molekulalari har xil massaga ega bo'lganligi sababli, ularning bir xil bosimdagi zichligi molyar massalariga proportsionaldir.
Gazlarning zichligi va ularning zichligining havo zichligiga nisbati:
Asosiy gaz qonunlari
Gazlarning xarakteristikasi shundaki, ular o'z hajmi va shakliga ega emas, balki ular joylashgan idishning shaklini oladi va hajmini egallaydi. Gazlar idish hajmini bir xilda to'ldiradi, imkon qadar ko'proq hajmni kengaytirishga va egallashga harakat qiladi. Barcha gazlar yuqori siqilish xususiyatiga ega. Haqiqiy gazlarning molekulalari hajmga ega va o'zaro tortishish kuchlariga ega, ammo bu miqdorlar juda kichik. Haqiqiy gazlar uchun hisob-kitoblar odatda ideal gazlar uchun gaz qonunlaridan foydalanadi. Ideal gazlar - shartli gazlar bo'lib, molekulalari hajmi bo'lmagan va jozibador kuchlar yo'qligi sababli bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilmaydi va ular orasidagi to'qnashuvlarda elastik ta'sir kuchlaridan tashqari boshqa kuchlar ta'sir qilmaydi. Bu gazlar Boyl qonunlariga qat'iy rioya qiladi - Mariotte, Gey-Lyussak va boshqalar.
Harorat qanchalik yuqori va bosim past bo'lsa, haqiqiy gazlarning xatti-harakatlari ideal gazlarga qanchalik yaqinroq bo'ladi. Past bosimlarda barcha gazlarni ideal deb hisoblash mumkin. Taxminan 100 kg / sm2 bosimda haqiqiy gazlarning ideal gazlar qonunlaridan chetga chiqishi 5% dan oshmaydi. Haqiqiy gazlarning ideal gazlar uchun olingan qonunlardan chetlanishlari odatda ahamiyatsiz bo'lganligi sababli, ideal gazlar qonunlaridan ko'plab amaliy muammolarni hal qilishda erkin foydalanish mumkin.
Boyl qonuni -- Mariotte
Tashqi bosim ta'sirida gaz hajmini o'lchash V hajm va bosim P o'rtasida Boyl-Mariot qonuni bilan ifodalangan oddiy bog'liqlik mavjudligini ko'rsatdi: doimiy haroratdagi gazning berilgan massasi (yoki miqdori) bosimi. gaz hajmiga teskari proportsionaldir:
P1: P2 = V1: V2,
bu erda R1 - V1 hajmdagi gaz bosimi; R2 - V2 hajmdagi gaz bosimi.
Bundan kelib chiqadiki:
P1 * V1 \u003d P2 * V2 yoki P * V \u003d doimiy (t \u003d konstda).
Bu postulat quyidagicha tuzilgan: gazning berilgan massasi bosimi va uning hajmining mahsuloti, agar harorat o'zgarmasa (ya'ni, izotermik jarayon davomida) doimiy bo'ladi.
Agar, masalan, P = 0,5 kgf / sm2 bosim ostida 8 litr gaz olsak va bosimni doimiy doimiy haroratda o'zgartirsak, unda quyidagi ma'lumotlar olinadi: 1 kgf / sm2 da gaz hajmini egallaydi. 4 litr, 2 kgf / sm2 da - 2 litr , 4 kgf / sm2 da - 1l; 8 kgf / sm2 da - 0,5 l.
Shunday qilib, doimiy haroratda bosimning har qanday oshishi gaz hajmining pasayishiga va gaz hajmining pasayishi - bosimning oshishiga olib keladi.
Doimiy haroratda gaz hajmi va bosimi o'rtasidagi bog'liqlik sho'ng'in amaliyotida turli xil hisob-kitoblar uchun keng qo'llaniladi.
Gey-Lyussak va Charlz qonunlari
Gey-Lyusak qonuni gazning hajmi va bosimining haroratga bog'liqligini ifodalaydi: doimiy bosimda ma'lum gaz massasining hajmi uning mutlaq haroratiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir:
bu erda T1 va T2 Kelvin (K) dagi harorat, bu °C + 273,15 haroratga teng; bular. 0°C? 273 K; 100 ° C - -373 K va 0oK \u003d -273,15 ° S.
Shuning uchun haroratning har qanday ortishi hajmning oshishiga olib keladi, yoki boshqacha qilib aytganda, V berilgan gaz massasi hajmining o'zgarishi gazning doimiy bosimdagi t haroratining o'zgarishiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir (ya'ni, izobar jarayon). Ushbu pozitsiya quyidagi formula bilan ifodalanadi:
bu erda V1 - ma'lum haroratdagi gaz hajmi; V0 - 0°S da gazning dastlabki hajmi; b - gazning hajmli kengayish koeffitsienti.
Turli xil gazlar bir xil darajada qizdirilganda, hajmning nisbiy o'sishi barcha gazlar uchun bir xil bo'ladi. Koeffitsient b barcha gazlar uchun doimiy, hajm o'sishi qiymati, 1/273 yoki 0,00367 °C-1 ga teng. Gazlarning hajmli kengayish koeffitsienti 0 ° C haroratda hajmning qaysi qismini egallashini ko'rsatadi, agar u doimiy bosimda 1 ° C ga qizdirilsa, gaz hajmi ortadi.
Bosim va harorat o'rtasidagi munosabatlar bir xil qonuniyatga bo'ysunadi, ya'ni: berilgan gaz massasi bosimining o'zgarishi doimiy hajmdagi haroratga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir (ya'ni izoxorik jarayonda: yunoncha "izos" so'zidan - teng va "horema" - sig'im) , bu formula bilan ifodalanadi:
Rt = R0 (1 + bt),
bu erda Pt - berilgan haroratdagi gaz bosimi; P0 -- 0 ° C da dastlabki gaz bosimi; b - gazning hajmli kengayish koeffitsienti.
Bu munosabatlar J. L. Gey-Lyussak nashr etilishidan 25 yil oldin J. Charlz tomonidan o'rnatilgan va ko'pincha Charlz qonuni deb ataladi. Doimiy bosimdagi hajmning haroratga bog'liqligi ham birinchi marta Charlz tomonidan o'rnatildi.
Gazning harorati pasayganda, uning bosimi pasayadi va -273,15 ° S haroratda har qanday gazning bosimi nolga teng. Bu harorat mutlaq nol harorat deb ataladi. Bunday holda, molekulalarning xaotik issiqlik harakati to'xtaydi va issiqlik energiyasining miqdori nolga teng bo'ladi. Charlz va Gey-Lyussak qonunlarini ifodalovchi yuqoridagi bog‘liqliklar suv osti sho‘ng‘ishiga tayyorgarlik ko‘rish va rejalashtirishdagi muhim amaliy masalalarni hal qilishga imkon beradi, masalan, harorat o‘zgarishi bilan silindrlardagi havo bosimini, havo zahiralarining tegishli o‘zgarishini va sarflangan vaqtni aniqlash. ma'lum bir chuqurlikda va boshqalar. . P.
Ideal gaz holati tenglamasi
Agar hajm, bosim va harorat o'rtasidagi bog'liqlik bir-biriga bog'langan bo'lsa va bitta tenglamada ifodalansa, Boyl - Mariotte va Gey-Lyussak qonunlarini birlashtirgan ideal gaz holat tenglamasi olinadi. Bu tenglama birinchi marta B.P.Klayperon tomonidan oʻzidan oldingilar taklif qilgan tenglamalarni oʻzgartirish yoʻli bilan olingan. Kleyperon tenglamasi shundan iboratki, ma'lum massa va hajmdagi gaz bosimining mutlaq haroratga bo'lingan ko'paytmasi gazning joylashgan holatiga bog'liq bo'lmagan doimiy qiymatdir. Ushbu tenglamani yozishning bir usuli:
Bunda gaz konstantasi r gazning tabiatiga bog'liq bo'ladi. Agar gazning massasi mol (gram-molekula) bo'lsa, gaz doimiysi R universal bo'lib, gazning tabiatiga bog'liq emas. 1 molga teng gaz massasi uchun tenglama quyidagi shaklni oladi:
R ning aniq qiymati 8,314510 J mol -1 K-1 ga teng
Agar 1 mol emas, balki massasi m bo‘lgan istalgan gaz miqdorini oladigan bo‘lsak, u holda ideal gazning holatini hisob-kitoblar uchun qulay bo‘lgan Mendeleyev-Klayperon tenglamasi bilan birinchi marta D.I.Mendeleyev yozgan ko‘rinishda ifodalash mumkin. 1874 yilda:
bu erda m - gazning massasi, g; M - molyar massa.
Ideal gaz holati tenglamasidan sho'ng'in amaliyotida hisob-kitoblar uchun foydalanish mumkin.
Misol. + 10 ° C haroratda va 125 kgf / sm2 bosimda 2,3 kg vodorod egallagan hajmni aniqlang.
bu yerda 2300 - gazning massasi, g; 0,082 - gaz doimiyligi; 283 - harorat T (273+10); 2 - vodorodning molyar massasi M. Tenglamadan kelib chiqadiki, gazning idish devorlariga ko'rsatadigan bosimi quyidagilarga teng:
Bu bosim yo m > 0 da (gaz deyarli yo'qolganda) yo'qoladi yoki V> ? (gaz cheksiz kengayganda), yoki T > 0 da (gaz molekulalari harakat qilmasa).
Van der Vaals tenglamasi
Hatto M. V. Lomonosov molekulalar orasidagi masofalar ularning o'lchamlari bilan solishtirish mumkin bo'lgan juda yuqori bosimlarda Boyl-Mariott qonuni to'g'ri bo'lishi mumkin emasligini ta'kidladi. Keyinchalik, ideal gazlarning xatti-harakatlaridan og'ishlar juda yuqori bosim va juda past haroratlarda sezilarli bo'lishi to'liq tasdiqlandi. Bunday holda, ideal gaz tenglamasi gaz molekulalarining o'zaro ta'sir kuchlarini va ular egallagan hajmni hisobga olmagan holda noto'g'ri natijalar beradi. Shuning uchun 1873 yilda Yan Diderik van der Vaals bu tenglamaga ikkita tuzatish taklif qildi: bosim va hajm uchun.
Avogadro qonuni
Avogadro gipotezani ilgari surdi, unga ko'ra, harorat va bosimning bir xil sharoitlarida, kimyoviy tabiatidan qat'i nazar, barcha ideal gazlar, hajm birligiga teng miqdordagi molekulalarni o'z ichiga oladi. Bundan kelib chiqadiki, gazning teng hajmlari massasi ularning molekulyar og'irligiga proportsionaldir.
Avogadro qonuniga asoslanib, o'rganilayotgan gazlarning hajmlarini bilib, ularning massasini aniqlash va aksincha, gazning massasidan uning hajmini aniqlash mumkin.
Gaz dinamikasi qonunlari
Dalton qonuni. Gazlar aralashmasining bosimi aralashmani tashkil etuvchi alohida gazlarning qisman (qisman) bosimlari yig'indisiga teng, ya'ni har bir gaz alohida hajmda bir xil haroratda olinadigan bosimlar hosil qiladi. aralashmaning.
Qisman gaz bosimi Pr berilgan gazning C foiziga va gaz aralashmasining mutlaq bosimi Rabsga mutanosibdir va quyidagi formula bilan aniqlanadi:
Pr \u003d Pa6s C / 100,
bu yerda Pr aralashmadagi gazning parsial bosimi, kg/sm2; C - aralashmadagi gazning hajm miqdori, %.
Ushbu qonunni yopiq hajmdagi gazlar aralashmasini taroziga qo'yilgan turli og'irlikdagi og'irliklar to'plami bilan solishtirish orqali ko'rsatish mumkin. Shubhasiz, og'irliklarning har biri tarozida boshqa og'irliklar mavjudligidan qat'i nazar, unga bosim o'tkazadi.
Olingan differensial tenglamalar (1.2, 1.4) suyuqlik yoki gazni tavsiflovchi parametrlarni o'z ichiga oladi: zichlik r , yopishqoqlik m , shuningdek, gözenekli muhitning parametrlari - porozlik koeffitsientlari m va o'tkazuvchanlik k . Keyingi hisob-kitoblar uchun ushbu koeffitsientlarning bosimga bog'liqligini bilish kerak.
Suyuqlikning pasayishi. To'kiladigan suyuqlikni barqaror filtrlash bilan uning zichligini bosimdan mustaqil deb hisoblash mumkin, ya'ni suyuqlikni siqilmaydigan deb hisoblash mumkin: r = const .
Vaqtinchalik jarayonlarda suyuqlikning siqilishini hisobga olish kerak, bu bilan tavsiflanadi suyuqlikning hajmli siqilish nisbati b . Ushbu koeffitsient odatda doimiy hisoblanadi:
Dastlabki bosim qiymatlaridan oxirgi tenglikni integratsiyalash p 0 va zichlik r0 joriy qiymatlarga qarab, biz quyidagilarni olamiz:
Bunday holda biz zichlikning bosimga chiziqli bog'liqligini olamiz.
Gazlarning zichligi. Bosim va haroratda kichik o'zgarishlarga ega bo'lgan siqilgan suyuqliklar (gazlar) ham hajmli siqilish va termal kengayish koeffitsientlari bilan tavsiflanishi mumkin. Ammo bosim va haroratning katta o'zgarishi bilan bu koeffitsientlar keng chegaralarda o'zgaradi, shuning uchun ideal gaz zichligining bosim va haroratga bog'liqligi quyidagilarga asoslanadi. Klayperon-Mendeleyev holat tenglamalari:
qayerda R' = R/M m- gazning tarkibiga bog'liq bo'lgan gaz konstantasi.
Havo va metan uchun gaz konstantasi mos ravishda teng, RN havo = 287 J/kg K˚; Rn metan = 520 J/kg K˚.
Oxirgi tenglama ba'zan quyidagicha yoziladi:
 | (1.50) |
Oxirgi tenglamadan ko'rinib turibdiki, gazning zichligi bosim va haroratga bog'liq, shuning uchun gazning zichligi ma'lum bo'lsa, u holda gazning bosimi, harorati va tarkibini ko'rsatish kerak, bu noqulay. Shuning uchun normal va standart jismoniy holatlar tushunchalari kiritiladi.
Oddiy sharoitlar harorat t = 0 ° C va bosim p ga = 0,1013 ° MPa da mos keladi. Oddiy sharoitlarda havo zichligi r v.n.us = 1,29 kg / m 3 ga teng.
Standart shartlar harorat t = 20 ° C va bosim p = 0,1013 ° MPa da mos keladi. Standart sharoitda havo zichligi r w.st.us = 1,22 kg / m 3 ni tashkil qiladi.
Shuning uchun, ma'lum sharoitlarda ma'lum zichlikdan, bosim va haroratning boshqa qiymatlarida gaz zichligini hisoblash mumkin:
Kollektor haroratini hisobga olmaganda, biz kelajakda ishlatadigan ideal gaz holati tenglamasini olamiz:
qayerda z - haqiqiy gaz holatining ideal gazlar qonunidan og'ish darajasini tavsiflovchi koeffitsient (o'ta siqilish koeffitsienti) va ma'lum bir gaz uchun bosim va haroratga bog'liq. z = z(p, T) . Supersiqilish koeffitsienti qiymatlari z D. Braunning grafiklari bilan aniqlanadi.
Yog 'qovushqoqligi. Tajribalar shuni ko'rsatadiki, neft (to'yingan bosimdan yuqori bosimlarda) va gazning yopishqoqlik koeffitsientlari bosim ortishi bilan ortadi. Bosimning sezilarli o'zgarishi bilan (100 MPa gacha) qatlam moylari va tabiiy gazlarning yopishqoqligining bosimga bog'liqligini eksponent sifatida qabul qilish mumkin:
 | (1.56) |
Bosimdagi kichik o'zgarishlar uchun bu qaramlik chiziqli.
Bu yerda m0 – qattiq bosimdagi yopishqoqlik p0 ; bm - eksperimental tarzda va neft yoki gaz tarkibiga qarab aniqlangan koeffitsient.
Shakllanish porozligi. G'ovaklik koeffitsienti bosimga qanday bog'liqligini bilish uchun suyuqlik bilan to'ldirilgan g'ovak muhitda ta'sir qiluvchi kuchlanishlar masalasini ko'rib chiqing. Suyuqlikdagi bosim pasayganda, g'ovak muhit skeletiga ta'sir qiluvchi kuchlar kuchayadi, shuning uchun g'ovaklik kamayadi.
Qattiq fazaning kichik deformatsiyasi tufayli, odatda, g'ovaklikning o'zgarishi bosimning o'zgarishiga chiziqli bog'liq deb hisoblanadi. Tog' jinslarining siqilish qonuni quyidagi tarzda yozilgan shakllanish hajmli elastiklik koeffitsienti b c:
qayerda m0 – bosimdagi porozlik koeffitsienti p0 .
Turli donador jinslar uchun laboratoriya tajribalari va dala tadqiqotlari qatlamning hajmli elastiklik koeffitsienti (0,3 - 2) 10 -10 Pa -1 ekanligini ko'rsatadi.
Bosimning sezilarli o'zgarishi bilan g'ovaklikning o'zgarishi tenglama bilan tavsiflanadi:
va katta - eksponensial uchun:
 | (1.61) |
Yoriqli rezervuarlarda o'tkazuvchanlik g'ovaklilarga qaraganda bosimga qarab intensivroq o'zgaradi, shuning uchun singan suv omborlarida bog'liqlikni hisobga olgan holda k(p) granulalarga qaraganda ko'proq zarur.
Qatlamni va g'ovak muhitni to'yingan suyuqlik yoki gazning holat tenglamalari differensial tenglamalar tizimini to'ldiradi.
Mualliflik huquqi L.Kourenkov
Gazlarning xossalari
Gaz bosimi
Gaz har doim o'tib bo'lmaydigan devorlar bilan chegaralangan hajmni to'ldiradi. Masalan, gaz tsilindri yoki avtomobil shinalari kamerasi deyarli teng ravishda gaz bilan to'ldirilgan.
Kengayish uchun gaz silindr, shinalar kamerasi yoki u bilan aloqa qiladigan har qanday boshqa jism, qattiq yoki suyuqlik devorlariga bosim o'tkazadi. Agar biz idishlarning odatiy o'lchamlari bilan bosimni arzimas darajada o'zgartiradigan Yerning tortishish maydonining ta'sirini hisobga olmasak, muvozanat holatida idishdagi gazning bosimi bizga butunlay bir xil bo'lib tuyuladi. Bu izoh makrokosmosga tegishli. Agar idishdagi gazni tashkil etuvchi molekulalarning mikrokosmosida nima sodir bo'lishini tasavvur qilsak, unda bosimning bir xil taqsimlanishi haqida gap bo'lishi mumkin emas. Devor yuzasida ba'zi joylarda gaz molekulalari devorlarga uriladi, boshqa joylarda esa hech qanday zarba yo'q. Bu rasm har doim xaotik tarzda o'zgaradi. Gaz molekulalari tomirlarning devorlariga urilib, keyin molekula zarbasidan oldingi tezligiga deyarli teng tezlikda uchib ketadi. Ta'sir qilinganda molekula devorga mv ga teng impulsni o'tkazadi, bu erda m - molekulaning massasi va v - uning tezligi. Devordan aks ettirilgan molekula unga bir xil miqdordagi harakat mv beradi. Shunday qilib, har bir zarbada (devorga perpendikulyar) molekula unga 2mv ga teng harakat miqdorini o'tkazadi.Agar 1 soniyada devorning 1 sm 2 maydoniga N ta zarba bo'lsa, unda harakatning umumiy miqdori bunga o'tkaziladi. devor qismi 2Nmv. Nyutonning ikkinchi qonuniga ko'ra, bu harakat miqdori devorning ushbu qismiga ta'sir etuvchi F kuchining t vaqtidagi ko'paytmasiga teng. Bizning holatda, t = 1 sek. Demak, F=2Nmv, devorning 1 sm 2 qismiga ta’sir qiluvchi kuch bor, ya’ni. bosim, odatda p bilan belgilanadi (bundan tashqari, p son jihatdan F ga teng). Demak, bizda bor
p=2Nmv
1 soniyadagi ta'sirlar soni molekulalarning tezligiga va hajm birligiga to'g'ri keladigan molekulalar soni n ga bog'liqligini hech kim bilmaydi. Juda siqilmagan gaz uchun N ni n va v ga proportsional deb hisoblashimiz mumkin, ya'ni. p nmv 2 ga proportsionaldir.
Demak, molekulyar nazariya yordamida gaz bosimini hisoblash uchun molekulalar mikrokosmosining quyidagi xususiyatlarini bilishimiz kerak: massa m, tezlik v va hajm birligiga to'g'ri keladigan molekulalar soni n. Molekulalarning ushbu mikro xarakteristikalarini topish uchun gaz bosimi makrokosmosning qaysi xususiyatlariga bog'liqligini aniqlashimiz kerak, ya'ni. gaz bosimining qonuniyatlarini tajriba orqali aniqlang. Ushbu eksperimental qonunlarni molekulyar nazariya yordamida hisoblangan qonunlar bilan taqqoslab, biz mikrokosmosning xususiyatlarini, masalan, gaz molekulalarining tezligini aniqlay olamiz.
Xo'sh, keling, gazning bosimi nimaga bog'liqligini aniqlaymiz?
Birinchidan, gazni siqish darajasi bo'yicha, ya'ni. ma'lum hajmda qancha gaz molekulasi borligi haqida. Misol uchun, shinani puflash yoki uni siqish orqali biz gazni kamera devorlariga qattiqroq bosishga majbur qilamiz.
Ikkinchidan, gazning harorati qanday.
Odatda, bosimning o'zgarishi bir vaqtning o'zida ikkala sababdan kelib chiqadi: ham hajmning o'zgarishi, ham haroratning o'zgarishi. Ammo hodisani shunday amalga oshirish mumkinki, hajm o'zgarganda, harorat ahamiyatsiz darajada kam o'zgaradi yoki harorat o'zgarganda, hajm deyarli o'zgarmaydi. Oldindan quyidagi fikrni bildirganimizdan so'ng, biz ushbu holatlar bilan shug'ullanamiz.
Biz gazni ko'rib chiqamiz muvozanat holatida. Bu degani; gazning ham mexanik, ham termal muvozanatda ekanligi.
Mexanik muvozanat gazning alohida qismlarining harakati yo'qligini bildiradi. Buning uchun gazning yuqori va quyi qatlamlaridagi tortishish kuchi ta’sirida yuzaga keladigan bosimdagi arzimas farqni e’tiborsiz qoldiradigan bo‘lsak, uning barcha qismlarida gaz bosimi bir xil bo‘lishi zarur.
Issiqlik muvozanati gazning bir qismidan ikkinchisiga issiqlik o'tkazilmasligini anglatadi. Buning uchun gazning butun hajmidagi harorat bir xil bo'lishi kerak.
Gaz bosimining haroratga bog'liqligi
Keling, ma'lum bir gaz massasining doimiy hajmiga qarab gaz bosimining haroratga bog'liqligini aniqlashdan boshlaylik. Ushbu tadqiqotlar birinchi marta 1787 yilda Charlz tomonidan qilingan. Bu tajribalarni simob manometrga ulangan katta kolbadagi gazni tor kavisli nay shaklida qizdirish orqali soddalashtirilgan shaklda takrorlash mumkin.
Isitilganda kolba hajmining arzimas ortishiga, simob tor manometrik trubkada siljiganida esa uning hajmining arzimas o‘zgarishiga e’tibor bermaylik. Shunday qilib, gaz hajmini o'zgarmagan deb hisoblash mumkin. Kolbani o'rab turgan idishdagi suvni qizdirish orqali biz gazning haroratini termometr bilan qayd qilamiz. , va mos keladigan bosim - bosim o'lchagichga muvofiq . Idishni erigan muz bilan to'ldirgandan so'ng, biz haroratga mos keladigan bosimni o'lchaymiz 0°C .
Ushbu turdagi tajribalar quyidagilarni ko'rsatdi:
1. Gazning ma'lum bir massasi 1 ° ga qizdirilganda bosimining oshishi, bu gaz massasi 0 ° S haroratda bo'lgan bosimning ma'lum bir qismidir. Agar 0 ° C dagi bosim P bilan belgilangan bo'lsa, u holda 1 ° C ga qizdirilganda gaz bosimining oshishi aP dir.
t daraja qizdirilganda, bosim o'sishi t marta ko'p bo'ladi, ya'ni bosim o'sishi. harorat ko'tarilishi bilan mutanosib.
2. 0 ° C da gaz bosimi 1 ° ga qizdirilganda bosimning qaysi qismiga ko'tarilishini ko'rsatadigan a qiymati barcha gazlar uchun bir xil qiymatga ega (aniqrog'i deyarli bir xil), ya'ni . a miqdori deyiladi issiqlik, bosim koeffitsienti. Shunday qilib, barcha gazlar uchun termal bosim koeffitsienti bir xil qiymatga ega, teng .
Gazning ma'lum bir massasi qizdirilganda bosimi 1° v o'zgarmagan hajm ga ortadi da bosimning bir qismi 0°C (Charlz qonuni).
Ammo shuni yodda tutish kerakki, haroratni simob termometri bilan o'lchash natijasida olingan gaz bosimining harorat koeffitsienti turli haroratlar uchun mutlaqo bir xil emas: Charlz qonuni juda yuqori aniqlik darajasiga ega bo'lsa-da, faqat taxminan bajariladi.
Charlz qonunini ifodalovchi formula.
Charlz qonuni, agar gazning 0 ° C dagi bosimi ma'lum bo'lsa, har qanday haroratda uning bosimini hisoblash imkonini beradi. Berilgan hajmdagi ma’lum gaz massasining 0°C dagi bosimi, haroratdagi bir xil gazning bosimi bo‘lsin. t mavjud p. Haroratning oshishi kuzatiladi t, shuning uchun bosim ortishi a t va kerakli bosim
P = + a t=(1+ a t )= (1+ ) (1)
Ushbu formuladan gaz 0 ° C dan past sovutilganda ham foydalanish mumkin; unda t salbiy qiymatlarga ega bo'ladi. Juda past haroratlarda, gaz suyuqlanish holatiga yaqinlashganda, shuningdek, yuqori siqilgan gazlarda Charlz qonuni qo'llanilmaydi va (1) formula o'z kuchini yo'qotadi.
Charlz qonuni molekulyar nazariya nuqtai nazaridan
Gazning harorati o'zgarganda, masalan, gazning harorati ko'tarilganda va uning bosimi ortganda molekulalarning mikrokosmosida nima sodir bo'ladi? Molekulyar nazariya nuqtai nazaridan, ma'lum bir gaz bosimining oshishining ikkita mumkin bo'lgan sababi bor: birinchidan, 1 sm 2 ga molekulyar ta'sirlar soni 1 marta ko'payishi mumkin. sek; ikkinchidan, bitta molekula devorga urilganda uzatiladigan harakat miqdori oshishi mumkin. Ikkala sabab ham molekulalarning tezligini oshirishni talab qiladi. Bundan ma'lum bo'ladiki, gaz haroratining oshishi (makrokosmosda) molekulalarning (mikrokosmosda) tasodifiy harakatining o'rtacha tezligining oshishi hisoblanadi. Gaz molekulalarining tezligini aniqlash bo'yicha tajribalar, men biroz keyinroq muhokama qilaman, bu xulosani tasdiqlaydi.
Biz gaz bilan emas, balki qattiq yoki suyuq jism bilan ishlayotgan bo'lsak, bizning ixtiyorimizda tana molekulalarining tezligini aniqlashning bunday to'g'ridan-to'g'ri usullari mavjud emas. Biroq, bu holatlarda, haroratning oshishi bilan molekulalarning harakat tezligi oshishi shubhasizdir.
Gaz hajmining o'zgarishi bilan uning haroratining o'zgarishi. Adiabatik va izotermik jarayonlar.
Agar gaz hajmi o'zgarmasa, uning bosimi haroratga qanday bog'liqligini aniqladik. Endi ma'lum bir gaz massasining bosimi, agar harorat o'zgarmagan bo'lsa, uning egallagan hajmiga qarab qanday o'zgarishini ko'rib chiqamiz. Biroq, bu savolga o'tishdan oldin, gazning haroratini qanday qilib doimiy ravishda ushlab turish kerakligini aniqlash kerak. Buning uchun gazning harorati bilan nima sodir bo'lishini o'rganish kerak, agar uning hajmi juda tez o'zgarsa, gaz va uning atrofidagi jismlar o'rtasida deyarli issiqlik almashinuvi bo'lmaydi.
Keling, bu tajribani qilaylik. Bir uchi yopiq shaffof materialdan qalin devorli trubkada biz efir bilan ozgina namlangan paxta qo'yamiz va bu quvur ichidagi havo bilan efir bug'lari aralashmasini hosil qiladi, qizdirilganda portlaydi. Keyin mahkam o'rnatilgan pistonni trubaga tezda suring. Quvur ichida kichik portlash sodir bo'lishini ko'ramiz. Demak, efir bug'lari havo bilan aralashmasi siqilganda aralashmaning harorati keskin oshgan. Bu hodisa juda tushunarli. Gazni tashqi kuch bilan siqib, biz ish hosil qilamiz, buning natijasida gazning ichki energiyasi oshishi kerak edi; bu sodir bo'ldi - gaz qizib ketdi.
Keling, gazni kengaytirib, tashqi bosim kuchlariga qarshi ish qilaylik. Buni qilish mumkin. Xona haroratida katta shishada siqilgan havo bo'lsin. Shishani tashqi havo bilan tanishtirgandan so'ng, shisha ichidagi havo katta bo'lmagan qismini qoldirib, kengayadi. teshiklarni tashqariga qaratib, kengayuvchi havo oqimiga termometr yoki kolbani joylashtiring. Termometr xona haroratidan sezilarli darajada past haroratni ko'rsatadi va kolbaga biriktirilgan trubaning tushishi kolba tomon o'tadi, bu ham oqimdagi havo haroratining pasayishini ko'rsatadi. Shunday qilib, gaz kengayganida va bir vaqtning o'zida ishlaganda, u soviydi va uning ichki energiyasi kamayadi. Ma’lumki, gazning siqilish vaqtida qizishi va kengayganda sovishi energiyaning saqlanish qonunining ifodasidir.
Agar biz mikrodunyoga murojaat qiladigan bo'lsak, unda siqish paytida gazni isitish va kengayish paytida sovutish hodisalari aniq bo'ladi. Molekula statsionar devorga urilganda va undan sakrab chiqsa, molekulaning tezligi va demak, kinetik energiyasi o'rtacha devorga urilishdan oldingidek bo'ladi. Ammo molekula uning ustida oldinga siljib kelayotgan pistonga urilib sakrab tushsa, uning tezligi va kinetik energiyasi pistonga urishdan oldingidan kattaroq bo‘ladi (xuddi raketka bilan qarama-qarshi yo‘nalishda urilgan tennis to‘pining tezligi oshadi). Rivojlanayotgan piston undan aks ettirilgan molekulaga qo'shimcha energiya o'tkazadi. Shuning uchun siqilish vaqtida gazning ichki energiyasi ortadi. Orqaga qaytgan pistondan qaytganda molekulaning tezligi pasayadi, chunki molekula tortuvchi pistonni itarib ishlaydi. Shuning uchun gazning kengayishi, pistonni yoki atrofdagi gazning qatlamlarini olib tashlash bilan bog'liq bo'lib, ishning bajarilishi bilan birga keladi va gazning ichki energiyasini pasayishiga olib keladi.
Demak, gazning tashqi kuch bilan siqilishi uning isishiga olib keladi va gazning kengayishi uning sovishi bilan birga keladi. Bu hodisa har doim ma'lum darajada sodir bo'ladi, lekin men buni ayniqsa, atrofdagi jismlar bilan issiqlik almashinuvi minimallashtirilganda keskin sezaman, chunki bunday almashinuv harorat o'zgarishini ko'proq yoki kamroq qoplashi mumkin.
Issiqlik uzatish juda ahamiyatsiz bo'lib, uni e'tiborsiz qoldirish mumkin bo'lgan jarayonlar deyiladi adiabatik.
Keling, bobning boshida berilgan savolga qaytaylik. Gaz hajmining o'zgarishiga qaramay, uning haroratining doimiyligini qanday ta'minlash mumkin? Shubhasiz, buning uchun issiqlikni tashqaridan gazga kengaygan holda uzluksiz o'tkazish va gaz siqilgan bo'lsa, uni atrofdagi jismlarga o'tkazib, doimiy ravishda undan issiqlik olish kerak. Xususan, agar gazning kengayishi yoki siqilishi juda sekin bo'lsa va issiqlikning tashqi yoki tashqi tomondan uzatilishi etarli tezlikda sodir bo'lishi mumkin bo'lsa, gazning harorati juda barqaror bo'lib qoladi. Sekin kengayish bilan atrofdagi jismlardan issiqlik gazga o'tadi va uning harorati shunchalik kam kamayadiki, bu pasayishni e'tiborsiz qoldirish mumkin. Sekin siqilish bilan, aksincha, issiqlik gazdan atrofdagi jismlarga o'tadi va buning natijasida uning harorati juda kam ko'tariladi.
Harorat doimiy ravishda saqlanadigan jarayonlar deyiladi izotermik.
Boyl qonuni - Mariotte
Keling, ma'lum bir gaz massasining bosimi, agar uning harorati o'zgarmagan bo'lsa va faqat gaz hajmi o'zgarsa, uning bosimi qanday o'zgarishi haqidagi savolni batafsilroq o'rganishga murojaat qilaylik. Biz allaqachon nima ekanligini bilib oldik izotermik jarayon gazni o'rab turgan jismlarning harorati doimiy bo'lishi va gazning hajmi shunchalik sekin o'zgarishi sharti bilan amalga oshiriladiki, jarayonning istalgan momentida gazning harorati atrofdagi haroratdan farq qilmaydi. jismlar.
Shunday qilib, biz savol beramiz: gaz holatining izotermik o'zgarishi paytida hajm va bosim bir-biri bilan qanday bog'liq? Kundalik tajriba shuni o'rgatadiki, ma'lum bir gaz massasining hajmi kamayganda, uning bosimi ortadi. Misol tariqasida, siz futbol to'pini, velosipedni yoki avtomobil shinini shishirganda elastiklikning oshishini ko'rsatishingiz mumkin. Savol tug'iladi: qanday qilib Agar gazning harorati bir xil bo'lsa, gazning bosimi hajmining pasayishi bilan ortadimi?
Bu savolga javob XVII asrda ingliz fizigi va kimyogari Robert Boyl (1627-1691) va frantsuz fizigi Edem Mariotte (1620-1684) tomonidan olib borilgan tadqiqotlar orqali berilgan.
Gazning hajmi va bosimi o'rtasidagi bog'liqlikni o'rnatadigan tajribalar takrorlanishi mumkin: vertikal stendda , bo'linmalar bilan jihozlangan, shisha quvurlar mavjud A va V, rezina trubka bilan bog'langan C. Simob quvurlarga quyiladi. B trubkasi tepada ochiq, A trubkasida musluk bor. Keling, bu kranni yopamiz, shu bilan quvurda ma'lum bir havo massasini qulflaymiz A. Naychalarni qimirlatmas ekanmiz, ikkala naychadagi simob darajasi bir xil bo'ladi. Bu trubkada tiqilib qolgan havo bosimi degan ma'noni anglatadi A, atrofdagi havo bosimi bilan bir xil.
Endi sekin telefonni ko'taramiz V. Ikkala naychadagi simob ko'tarilishini ko'ramiz, lekin bir xil tarzda emas: kolbada V simob darajasi har doim A dan yuqori bo'ladi. Agar B trubkasi tushirilsa, ikkala tizzada simob darajasi pasayadi, lekin naychada. V dan ko'proq kamayadi A.
Naychada ushlangan havo hajmi A, trubaning bo'linmalaridan sanash mumkin A. Bu havoning bosimi atmosfera bosimidan simob ustunining bosimi bilan farq qiladi, uning balandligi A va B quvurlaridagi simob darajalari orasidagi farqga teng. At. telefonni oling V atmosfera bosimiga simob ustunining bosimi qo'shiladi. A dagi havo hajmi kamayadi. Naychani tushirganda V undagi simob darajasi A ga qaraganda past va simob ustunining bosimi atmosfera bosimidan chiqariladi; A dagi havo hajmi mos ravishda ortadi.
Shu tarzda olingan A trubkasida qulflangan havo bosimi va hajmining qiymatlarini taqqoslab, ma'lum bir havo massasining hajmi ma'lum bir necha marta oshganda, uning bosimi bir xil miqdorda pasayganiga ishonch hosil qilamiz. , va aksincha. Bizning tajribalarimiz davomida naychadagi havo harorati o'zgarmagan deb hisoblanishi mumkin.
Xuddi shunday tajribalarni boshqa gazlar bilan ham o'tkazish mumkin.Natijalari bir xil.
Shunday qilib, doimiy haroratda ma'lum bir gaz massasining bosimi gaz hajmiga teskari proportsionaldir (Boyl-Mariot qonuni).
Noyob gazlar uchun Boyl-Mariott qonuni yuqori aniqlik bilan bajariladi. Yuqori darajada siqilgan yoki sovutilgan gazlar uchun ushbu qonundan sezilarli og'ishlar topiladi.
Boyl-Mariot qonunini ifodalovchi formula.
(2)
Boyl-Mariott qonunini ifodalovchi grafik.
Fizika va texnologiyada gaz bosimining uning hajmiga bog'liqligini ko'rsatish uchun ko'pincha grafiklardan foydalaniladi. Izotermik jarayon uchun shunday jadval tuzing. Gaz hajmini abscissa o'qi bo'ylab, bosimini esa ordinata o'qi bo'ylab chizamiz.
Keling, bir misol keltiraylik. 1 m 3 hajmli berilgan gaz massasining bosimi 3,6 bo'lsin kg/sm 2 . Boyl - Mariotte qonuniga asoslanib, biz buni 2 ga teng hajm bilan hisoblaymiz m 3 , bosim 3,6 * 0,5 ni tashkil qiladi kg/sm 2 = 1,8kg/sm 2 . Ushbu hisob-kitoblarni davom ettirib, biz quyidagi jadvalni olamiz:
|
V (in m 3 ) |
||||||
|
P(v kg1 sm 2 ) |
Ushbu ma'lumotlarni chizmaga nuqtalar shaklida qo'yish, ularning abscissalari V ning qiymatlari va ordinatalari mos keladigan qiymatlardir. R, egri chiziqni olamiz - gazdagi izotermik jarayonning grafigi (yuqoridagi rasm).
Gazning zichligi va uning bosimi o'rtasidagi bog'liqlik
Eslatib o'tamiz, moddaning zichligi - bu hajm birligidagi massa. Agar berilgan gaz massasining hajmini qandaydir tarzda o'zgartirsak, gazning zichligi ham o'zgaradi. Agar, masalan, gaz hajmini besh marta kamaytirsak, gazning zichligi besh barobar ortadi. Bu gaz bosimini ham oshiradi; agar harorat o'zgarmagan bo'lsa, unda Boyl-Mariotte qonuni ko'rsatganidek, bosim ham besh marta ortadi. Bu misoldan shuni ko'rish mumkin izotermik jarayonda gazning bosimi uning zichligiga to'g'ridan-to'g'ri mutanosib ravishda o'zgaradi.
Bosimlardagi gaz zichligini belgilash va harflar va, biz yozishimiz mumkin:
Bu muhim natijani Boyl-Mariott qonunining yana bir va muhim ifodasi deb hisoblash mumkin. Gap shundaki, tasodifiy vaziyatga bog'liq bo'lgan gaz hajmi o'rniga - gazning qaysi massasi tanlanganiga - formula (3) gazning zichligini o'z ichiga oladi, bu bosim kabi gazning holatini tavsiflaydi. uning massasini tasodifiy tanlashga umuman bog'liq emas.
Boyl-Mariot qonunining molekulyar talqini.
Oldingi bobda biz Boyl-Mariot qonuni asosida doimiy haroratda gaz bosimi uning zichligiga mutanosib ekanligini aniqladik. Agar gazning zichligi o'zgarsa, u holda 1 sm 3 dagi molekulalar soni bir xil miqdorda o'zgaradi. Agar gaz juda siqilmagan bo'lsa va gaz molekulalarining harakatini bir-biridan butunlay mustaqil deb hisoblash mumkin bo'lsa, u holda 1 ta ta'sir soni. sek tomir devorining 1 sm 2 ga 1 ta molekula soniga proportsionaldir sm 3 . Shuning uchun, agar molekulalarning o'rtacha tezligi vaqt o'tishi bilan o'zgarmasa (biz allaqachon makrokosmosda bu doimiy haroratni anglatishini ko'rdik), u holda gaz bosimi 1 dagi molekulalar soniga mutanosib bo'lishi kerak. sm 3 , ya'ni gazning zichligi. Shunday qilib, Boyl-Mariotte qonuni gazning tuzilishi haqidagi g'oyalarimizning ajoyib tasdig'idir.
Biroq, Boyl qonuni - Mariotte, agar biz yuqori bosimga borsak, oqlashni to'xtatadi. Va bu holat, M. V. Lomonosov ishonganidek, molekulyar tushunchalar asosida aniqlanishi mumkin.
Bir tomondan, yuqori siqilgan gazlarda molekulalarning o'lchamlari molekulalar orasidagi masofalar bilan taqqoslanadi. Shunday qilib, molekulalar harakatlanadigan bo'sh joy gazning umumiy hajmidan kamroq bo'ladi. Bu holat devorga molekulyar ta'sirlar sonini oshiradi, chunki u molekula devorga etib borishi kerak bo'lgan masofani qisqartiradi.
Boshqa tomondan, yuqori siqilgan va shuning uchun zichroq gazda molekulalar kam uchraydigan gazdagi molekulalarga qaraganda ko'proq boshqa molekulalarga sezilarli darajada tortiladi. Bu, aksincha, devorga molekulyar ta'sirlar sonini kamaytiradi, chunki boshqa molekulalarga tortilish mavjud bo'lganda, gaz molekulalari tortishish yo'qligidan ko'ra kamroq tezlikda devorga qarab harakatlanadi. Juda yuqori bosim emas. ikkinchi holat muhimroq va mahsulot PV biroz kamayadi. Juda yuqori bosimlarda birinchi holat muhim rol o'ynaydi va mahsulot PV ortadi.
Shunday qilib, Boyl-Mariott qonunining o'zi va undan og'ish molekulyar nazariyani tasdiqlaydi.
Haroratning o'zgarishi bilan gaz hajmining o'zgarishi
Biz gazning ma'lum bir massasining bosimi haroratga, agar hajmi o'zgarmagan bo'lsa va uning hajmiga qanday bog'liqligini o'rgandik. , harorat doimiy bo'lib qolsa, gaz bilan band bo'ladi. Endi biz gazning harorati va hajmi o'zgarganda, bosim doimiy bo'lib qolsa, qanday harakat qilishini aniqlaymiz.
Agar biz tajribamizda idishdagi havo harorati qanday o'zgarganini bilsak va Gaz hajmi qanday o'zgarishini aniq o'lchaganimizda, bu hodisani miqdoriy tomondan o'rganishimiz mumkin edi. Shubhasiz, buning uchun qurilmaning barcha qismlari bir xil haroratga ega bo'lishiga e'tibor berib, idishni qobiqqa o'rash, qulflangan gaz massasining hajmini aniq o'lchash, keyin bu haroratni o'zgartirish va hajmning o'sishini o'lchash kerak. gaz.
Gey-Lyusak qonuni.
Gaz hajmining doimiy bosimdagi haroratga bog'liqligini miqdoriy o'rganish 1802 yilda frantsuz fizigi va kimyogari Gey-Lyussak (1778-1850) tomonidan amalga oshirildi.
Tajribalar shuni ko'rsatdiki, gaz hajmining oshishi haroratning oshishi bilan proportsionaldir. Shuning uchun gazning issiqlik kengayishi, boshqa jismlar kabi, hajm kengayish koeffitsienti b bilan tavsiflanishi mumkin. Ma'lum bo'lishicha, gazlar uchun bu qonun qattiq va suyuq jismlarga qaraganda ancha yaxshi kuzatilgan, shuning uchun gazlarning hajmli kengayish koeffitsienti haroratning sezilarli darajada oshishi bilan ham amalda doimiy bo'lgan qiymatdir, suyuq va qattiq jismlar uchun esa u hisoblanadi; doimiylik faqat taxminan kuzatiladi.
Bu yerdan biz topamiz:
(4)
Gey-Lyussak va boshqalarning tajribalari ajoyib natijani ko'rsatdi. Ma'lum bo'lishicha, barcha gazlar uchun hajmning kengayish koeffitsienti bir xil (aniqrog'i deyarli bir xil) va = 0,00366 ga teng. . Shunday qilib, da doimiy bosimda 1 ° ga qizdirilganda, ma'lum bir gaz massasining hajmi oshadi bu gaz massasi egallagan hajm 0°S (Gey qonuni - Lussak ).
Ko'rinib turibdiki, gazlarning kengayish koeffitsienti ularning termal bosim koeffitsientiga to'g'ri keladi.
Shuni ta'kidlash kerakki, gazlarning termal kengayishi juda muhim, shuning uchun gaz hajmi 0 ° C da boshqa haroratda, masalan, xona haroratidagi hajmdan sezilarli darajada farq qiladi. Shuning uchun, yuqorida aytib o'tilganidek, gazlar holatida (4) formulada hajmni sezilarli xatosiz almashtirish mumkin emas. hajmi v. Shunga ko'ra, gazlar uchun kengayish formulasini quyidagi shaklda berish qulay. Dastlabki hajm uchun biz hajmni olamiz 0 ° C haroratda. Bunda gaz haroratining t o'sishi Selsiy shkalasi bo'yicha o'lchangan haroratga teng bo'ladi. t . Shuning uchun hajmning kengayish koeffitsienti
Qayerda 
(5)
Formula (6) O o C dan yuqori haroratlarda ham, 0 ° C dan past haroratlarda ham hajmni hisoblash uchun ishlatilishi mumkin. Bu oxirgi holatda I salbiy. Ammo shuni yodda tutish kerakki, gaz juda siqilgan yoki suyuqlanish holatiga yaqinlashganda Gey-Lyussak qonuni oqlanmaydi. Bunday holda (6) formuladan foydalanish mumkin emas.
Char-la va Gey-Lyussak qonunlarini ifodalovchi grafiklar
Gazning doimiy hajmdagi temperaturasini abtsissa o‘qi bo‘ylab, bosimini esa ordinata o‘qi bo‘ylab chizamiz. 0°S da gaz bosimi 1 bo'lsin kg|sm 2 . Charlz qonunidan foydalanib, uning bosimini 100 0 S, 200 ° C, 300 ° S va hokazolarni hisoblashimiz mumkin.
Keling, ushbu ma'lumotlarni grafikda tuzamiz. Biz eğimli to'g'ri chiziqni olamiz. Ushbu grafikni salbiy haroratlar yo'nalishi bo'yicha davom ettirishimiz mumkin. Biroq, yuqorida aytib o'tilganidek, Charlz qonuni faqat unchalik past bo'lmagan haroratlarga taalluqlidir .. Shuning uchun grafikning abscissa o'qini kesib o'tguncha, ya'ni bosim nolga teng bo'lgan nuqtaga qadar davomi mos kelmaydi. haqiqiy gazning harakati.
Mutlaq harorat
Doimiy hajmdagi gazning bosimi Selsiy shkalasi bo'yicha o'lchangan haroratga to'g'ridan-to'g'ri proportsional emasligini tushunish oson. Bu, masalan, oldingi bobda keltirilgan jadvaldan aniq. Agar 100 ° C da gaz bosimi 1,37 bo'lsa kg1 sm 2 , keyin 200 ° S da 1,73 ga teng kg/sm 2 . Selsiy termometri bilan o'lchangan harorat ikki baravar, gaz bosimi esa atigi 1,26 marta oshdi. Albatta, buning ajablanarli joyi yo'q, chunki Selsiy termometr shkalasi shartli ravishda, gazning kengayish qonunlari bilan bog'liq holda o'rnatiladi. Biroq, gaz qonunlaridan foydalanib, shunday harorat shkalasini o'rnatish mumkin gaz bosimi bo'ladi haroratga to'g'ridan-to'g'ri proportsional, ushbu yangi shkala bo'yicha o'lchanadi. Ushbu yangi shkalada nol deyiladi mutlaq nol. Bu nom qabul qilingan, chunki ingliz fizigi Kelvin (Uilyam Tomson) (1824-1907) tomonidan isbotlanganidek, hech qanday jismni bu haroratdan pastroq sovutib bo'lmaydi. Shunga ko'ra, bu yangi o'lchov deyiladi mutlaq harorat shkalasi. Shunday qilib, mutlaq nol -273 ° C ga teng haroratni ko'rsatadi va hech qanday sharoitda hech qanday jismni sovutib bo'lmaydigan haroratni ifodalaydi. 273 ° + raqami bilan ifodalangan harorat - bu Tselsiy shkalasi bo'yicha haroratga teng bo'lgan tananing mutlaq harorati. Odatda mutlaq haroratlar harf bilan belgilanadi T. Shunday qilib, 273 o + = . Mutlaq harorat shkalasi ko'pincha Kelvin shkalasi deb ataladi va yoziladi T° K. Aytilganlar asosida
Olingan natijani so'zlar bilan ifodalash mumkin: Doimiy hajmda o'ralgan gazning ma'lum massasining bosimi mutlaq haroratga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Bu Charlz qonunining yangi ifodasidir.
Formula (6) 0 ° C dagi bosim noma'lum bo'lganda ham foydalanish uchun qulay.
Gaz hajmi va mutlaq harorat
Formuladan (6) siz quyidagi formulani olishingiz mumkin:
- doimiy bosimdagi gazning ma'lum bir massasining hajmi mutlaq haroratga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Bu Gey-Lyussak qonunining yangi ifodasidir.
Gaz zichligining haroratga bog'liqligi
Agar harorat ko'tarilsa va bosim o'zgarmasa, ma'lum bir gaz massasining zichligi qanday bo'ladi?
Esingizda bo'lsin, zichlik tananing massasining hajmga bo'linishiga teng. Gazning massasi doimiy bo'lganligi sababli, qizdirilganda, uning zichligi hajmi qanchalik ko'p bo'lsa, shuncha kamayadi.
Ma'lumki, agar bosim doimiy bo'lib qolsa, gazning hajmi mutlaq haroratga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Demak, Doimiy bosimdagi gazning zichligi mutlaq haroratga teskari proportsionaldir. Agar va haroratlarda gaz zichliklari va , keyin munosabat mavjud
Gaz holatining yagona qonuni
Biz gazning holatini tavsiflovchi uchta kattalikdan biri (bosim, harorat va hajm) o'zgarmagan holatlarni ko'rib chiqdik. Agar harorat doimiy bo'lsa, bosim va hajm bir-biri bilan Boyl-Mariot qonuni bilan bog'liqligini ko'rdik; agar hajm doimiy bo'lsa, u holda bosim va harorat Charlz qonuni bilan bog'liq; agar bosim doimiy bo'lsa, u holda hajm va harorat Gey-Lyusak qonuni bilan bog'liq. Agar gazning ma'lum bir massasining bosimi, hajmi va harorati o'rtasidagi munosabatni o'rnatamiz bu miqdorlarning uchtasi ham o'zgaradi.
Gazning ma'lum massasining boshlang'ich hajmi, bosimi va mutlaq harorati V 1, P 1 bo'lsin va T 1 yakuniy - V 2, P 2 va T 2 - Dastlabki holatdan yakuniy holatga o'tish ikki bosqichda sodir bo'lganligini tasavvur qilish mumkin. Masalan, avval gaz hajmini V 1 dan V 2 ga o'zgartiraylik , va harorat T 1 o'zgarishsiz qoldi. Olingan gaz bosimi P cf bilan belgilanadi. . Keyin harorat doimiy hajmda T 1 dan T 2 gacha, bosim esa P cf dan P 2 gacha o'zgardi. . Keling, jadval tuzamiz:
Boyl qonuni - Mariotte
R 1 V 1 t 1
P cp V 2 T 1
Charlz qonuni
P cp V 2 T 1
Birinchi o'tishga Boyl-Mariott qonunini qo'llash orqali biz yozamiz
Ikkinchi o'tishga Charlz qonunini qo'llash orqali yozish mumkin
Ushbu tengliklarni muddatga ko'paytirish va P cp ga kamaytirish olamiz:
(10)
Shunday qilib, ma'lum bir massa, gaz va uning bosimi hajmining mahsuloti gazning mutlaq haroratiga proportsionaldir. Bu gaz holatining yagona qonuni yoki gaz holati tenglamasidir.
Qonun Dalton
Hozirgacha biz bitta gazning bosimi - kislorod, vodorod va boshqalar haqida gapirgan edik. Lekin tabiatda va texnologiyada biz ko'pincha bir nechta gazlar aralashmasi bilan shug'ullanamiz. Bunga eng muhim misol azot, kislorod, argon, karbonat angidrid va boshqa gazlar aralashmasi bo'lgan havodir. Bosim nimaga bog'liq? aralashmasi gazlar?
Kolbaga havodagi kislorodni (masalan, fosforni) kimyoviy bog'laydigan moddaning bir bo'lagini qo'yamiz va kolbani probka bilan tez yopamiz. simob manometriga biriktirilgan. Biroz vaqt o'tgach, havodagi barcha kislorod fosfor bilan birlashadi. Bosim o'lchagich kislorodni olib tashlashdan oldingi bosimdan pastroq bo'lishini ko'ramiz. Bu shuni anglatadiki, havoda kislorod mavjudligi uning bosimini oshiradi.
Gazlar aralashmasining bosimini aniq o'rganish birinchi marta ingliz kimyogari Jon Dalton (1766-1844) tomonidan 1809 yilda amalga oshirilgan. Agar aralashmani tashkil etuvchi gazlarning har birida qolgan gazlar gazdan chiqarilganda bo'ladigan bosim. aralashmaning egallagan hajmi deyiladi qisman bosim bu gaz. Dalton buni topdi gazlar aralashmasining bosimi ularning qisman bosimlari yig'indisiga teng(Dalton qonuni). E'tibor bering, Dalton qonuni yuqori siqilgan gazlarga, shuningdek, Boyl-Mariott qonuniga taalluqli emas.
Dalton qonunini molekulyar nazariya nuqtai nazaridan qanday talqin qilish kerak, men biroz keyinroq aytaman.
Gazlarning zichligi
Gazning zichligi uning xossalarining eng muhim xususiyatlaridan biridir. Gazning zichligi haqida gapirganda, ular odatda uning zichligini anglatadi normal sharoitda(ya'ni, 0 ° C haroratda va 760 bosimda mm rt. Art.). Bundan tashqari, ular tez-tez foydalanadilar nisbiy zichlik gaz, bu bir xil sharoitlarda berilgan gaz zichligining havo zichligiga nisbatini bildiradi. Gazning nisbiy zichligi uning joylashgan sharoitiga bog'liq emasligini ko'rish oson, chunki gaz holati qonunlariga ko'ra, barcha gazlarning hajmlari bosim va haroratning o'zgarishi bilan teng ravishda o'zgaradi.
Ayrim gazlarning zichligi
|
Oddiy sharoitlarda zichlik g/l yoki ichida kg/m 3 |
Havo zichligi bilan bog'liqligi |
Vodorod zichligi bilan bog'liqlik |
Molekulyar yoki atom og'irligi |
|
|
0,0899 1,25 1,43 1,977 0,179 |
0,0695 0,967 1.11 1,53 0,139 |
29 (o'rta) |
||
|
Vodorod (H 2) |
||||
|
Azot (N 2 ) |
||||
|
Kislorod (O 2 ) |
||||
|
Karbonat angidrid (CO 2 ) |
||||
|
Geliy (yo'q) |
Gazning zichligini quyidagicha aniqlash mumkin. Kolbani jo'mrak bilan ikki marta tortamiz: bir marta undan havoni iloji boricha to'liq chiqarib, ikkinchi marta kolbaga o'rganilayotgan gazni ma'lum bo'lishi kerak bo'lgan bosimgacha to'ldiring. Og'irliklar farqini oldindan aniqlanishi kerak bo'lgan kolba hajmiga bo'lib, berilgan sharoitlarda gazning zichligini topamiz. Keyin gazlar holati tenglamasidan foydalanib, gazning normal sharoitdagi zichligini d n osonlik bilan topishimiz mumkin. Darhaqiqat, biz formulaga (10) P 2 \u003d\u003d R n, V 2 \u003d V n, T 2 \u003d T n va hisoblagich va maxrajni ko'paytiramiz.
m gazning massasi uchun formulalar, biz olamiz:
Shunday qilib, biz topadigan narsalarni hisobga olgan holda:
Ba'zi gazlarning zichligini o'lchash natijalari yuqoridagi jadvalda keltirilgan.
Oxirgi ikkita ustun gazning zichligi va uning molekulyar og'irligi o'rtasidagi mutanosiblikni ko'rsatadi (geliy holatida atom og'irligi).
Avogadro qonuni
Jadvalning oxirgidan oldingi ustunidagi raqamlarni ko'rib chiqilayotgan gazlarning molekulyar og'irliklari bilan solishtirganda, bir xil sharoitlarda gazlarning zichligi ularning molekulyar og'irliklariga mutanosib ekanligini tushunish oson. Bu haqiqatdan juda muhim xulosa kelib chiqadi. Molekulyar og'irliklar molekulalarning massalari bilan bog'liq bo'lgani uchun, demak
, Bu yerda d - gazlarning zichligi, m - molekulalarining massalari.
ularning molekulalarining massalari. Boshqa tomondan, gazlarning massalari M 1 va M 2 , teng hajmda o'ralgan V, ularning zichligi bilan bog'liq:
hajmdagi birinchi va ikkinchi gazlarning molekulalari sonini bildiradi V, N 1 va N 2 harflari bilan yozishimiz mumkinki, gazning umumiy massasi uning molekulalaridan birining massasiga teng bo'lib, molekulalar soniga ko'paytiriladi: M 1 =t 1 N 1 va M 2 =t 2 N 2 Shunung uchun
Ushbu natijani formula bilan solishtirish , topish,
bu N 1 \u003d N 2. shunday , bir xil bosim va haroratda, turli gazlarning teng hajmlari bir xil miqdordagi molekulalarni o'z ichiga oladi.
Bu qonunni italyan kimyogari Amedeo Avogadro (1776-1856) kimyoviy tadqiqotlar asosida kashf etgan. Bu juda kuchli siqilmagan gazlarga (masalan, atmosfera bosimi ostidagi gazlarga) tegishli. Yuqori siqilgan gazlar holatida uni haqiqiy deb hisoblash mumkin emas.
Avogadro qonuni shuni anglatadiki, gazning ma'lum bir haroratdagi bosimi faqat gaz hajmining birligiga to'g'ri keladigan molekulalar soniga bog'liq, lekin bu molekulalarning og'ir yoki engilligiga bog'liq emas. Buni tushunib, Dalton qonunining mohiyatini tushunish oson. Boyl-Mariot qonuniga ko'ra, agar biz gazning zichligini oshirsak, ya'ni ma'lum hajmga ushbu gazning ma'lum miqdordagi molekulalarini qo'shsak, gaz bosimini oshiramiz. Ammo Avogadro qonuniga ko'ra, birinchi gaz molekulalarini qo'shish o'rniga boshqa gazning bir xil miqdordagi molekulalarini qo'shsak, bosimning bir xil ortishiga erishish kerak. Dalton qonuni aynan shu narsadan iborat bo'lib, unda bir xil hajmga boshqa gaz molekulalarini qo'shish orqali gaz bosimini oshirish mumkin va agar qo'shilgan molekulalar soni birinchi holatda bo'lgani kabi bo'lsa, u holda gaz bosimini oshirish mumkin. bosimning bir xil ortishi olinadi. Dalton qonuni Avogadro qonunining bevosita natijasi ekanligi aniq.
Gram molekulasi. Avogadro raqami.
Ikki molekula massalarining nisbatini beruvchi raqam bir vaqtning o'zida bir xil miqdordagi molekulalarni o'z ichiga olgan moddaning ikki qismi massalarining nisbatini ko'rsatadi. Shuning uchun 2 g vodorod (Na ning molekulyar og'irligi 2), 32 G kislorod (molekulyar og'irligi Od 32) va 55,8 G temir (uning molekulyar og'irligi atom og'irligiga to'g'ri keladi, 55,8 ga teng) va boshqalar bir xil miqdordagi molekulalarni o'z ichiga oladi.
Molekulyar og'irligiga teng gramm miqdorini o'z ichiga olgan moddaning miqdori deyiladi gramm molekulasi yoki ibodat qilamiz.
Aytilganlardan kelib chiqadiki, kuya tarkibida turli xil moddalar mavjud bir xil miqdordagi molekulalar. Shuning uchun, ko'pincha molni har xil moddalar uchun har xil miqdordagi gramm, lekin bir xil miqdordagi molekulalarni o'z ichiga olgan maxsus birlik sifatida ishlatish qulay bo'lib chiqadi.
Nomni olgan moddaning bir molidagi molekulalar soni Avogadro raqamlari, ya'ni muhim jismoniy miqdor. Avogadro raqamini aniqlash uchun ko'plab va turli xil tadqiqotlar o'tkazildi. Ular Braun harakati, elektroliz hodisalari va boshqa bir qator hodisalar bilan bog'liq. Ushbu tadqiqotlar juda izchil natijalar berdi. Hozirda Avogadroning raqami deb taxmin qilinmoqda
N= 6,02*10 23 mol -1.
Demak, 2 g vodorod, 32 g kislorod va boshqalar har birida 6,02 * 10 23 molekula mavjud. Bu raqamning ulkanligini tasavvur qilish uchun 600 metr qalinlikdagi qum qatlami bilan qoplangan 1 million kvadrat kilometrlik cho'lni tasavvur qiling. m. Keyin, agar qumning har bir donasi 1 hajmga ega bo'lsa mm 3 , keyin cho'ldagi qum donalarining umumiy soni Avogadro soniga teng bo'ladi.
Avogadro qonunidan kelib chiqadiki Turli gazlarning mollari bir xil sharoitda bir xil hajmga ega. Oddiy sharoitlarda bir molning hajmini gazning molekulyar og'irligini uning normal sharoitdagi zichligiga bo'lish yo'li bilan hisoblash mumkin.
Shunday qilib, normal sharoitda har qanday gazning bir mol hajmi 22400 sm 3.
Tezliklar gaz molekulalari
Molekulalar, xususan, gaz molekulalari qanday tezlikda harakatlanadi? Bu savol tabiiy ravishda molekulalar haqidagi g'oyalar paydo bo'lishi bilanoq paydo bo'ldi. Uzoq vaqt davomida molekulalarning tezligini faqat bilvosita hisob-kitoblar bilan baholash mumkin edi va faqat nisbatan yaqinda gaz molekulalarining tezligini bevosita aniqlash usullari ishlab chiqildi.
Avvalo, molekulalarning tezligi deganda nimani anglatishini aniqlab olaylik. Eslatib o'tamiz, to'xtovsiz to'qnashuvlar tufayli har bir alohida molekulaning tezligi doimo o'zgarib turadi: molekula tez yoki sekin harakat qiladi va ma'lum vaqt davomida molekula tezligi juda ko'p turli qiymatlarni oladi. Boshqa tomondan, ko'rib chiqilayotgan gaz hajmini tashkil etuvchi molekulalarning juda ko'p sonida har qanday aniq momentda juda boshqacha tezlikka ega bo'lgan molekulalar mavjud. Shubhasiz, gazning holatini tavsiflash uchun ma'lum bir narsa haqida gapirish kerak o'rtacha tezlik. Bu molekulalardan birining etarlicha uzoq vaqt davomida o'rtacha tezligi yoki vaqtning ma'lum bir nuqtasida ma'lum hajmdagi barcha gaz molekulalarining o'rtacha tezligi deb hisoblash mumkin.
Keling, gaz molekulalarining o'rtacha tezligini hisoblash imkonini beradigan dalillarga to'xtalib o'tamiz.
Gaz bosimi proportsional Jumav 2 , qayerda T - molekula massasi v- o'rtacha tezlik va P - birlik hajmdagi molekulalar soni. Aniqroq hisoblash formulaga olib keladi
(12) formuladan bir qancha muhim natijalarni chiqarish mumkin. (12) formulani quyidagi shaklda qayta yozamiz:
bu erda e - bitta molekulaning o'rtacha kinetik energiyasi. T 1 va T 2 haroratlarda gaz bosimini p 1 va p 2 harflari bilan va bu haroratlarda molekulalarning o‘rtacha kinetik energiyalarini e 1 va e 2 bilan belgilaymiz. . Unday bo `lsa
Bu nisbatni Charlz qonuni bilan solishtirish
Shunday qilib, gazning mutlaq harorati gaz molekulalarining o'rtacha kinetik energiyasiga proportsionaldir. Molekulalarning o'rtacha kinetik energiyasi molekulalarning o'rtacha tezligining kvadratiga mutanosib bo'lganligi sababli, bizning taqqoslashimiz gazning mutlaq harorati gaz molekulalarining o'rtacha tezligining kvadratiga proportsional degan xulosaga keladi. molekulalarning tezligi mutlaq haroratning kvadrat ildiziga mutanosib ravishda ortadi.
Ayrim gazlar molekulalarining o'rtacha tezliklari
Ko'rib turganingizdek, molekulalarning o'rtacha tezligi juda muhim. Xona haroratida ular odatda soniyasiga yuzlab metrga etadi. Gazda molekulalarning o'rtacha harakat tezligi bir xil gazdagi tovush tezligidan taxminan bir yarim baravar katta.
Bir qarashda, bu natija juda g'alati ko'rinadi. Ko'rinishidan, molekulalar bunday yuqori tezlikda harakat qila olmaydi: axir, diffuziya hatto gazlarda va undan ham ko'proq suyuqliklarda nisbatan juda sekin, har holda, tovush tarqalishiga qaraganda ancha sekinroq davom etadi. Gap shundaki, harakatlanayotganda molekulalar juda tez-tez bir-biri bilan to'qnashadi va bir vaqtning o'zida harakat yo'nalishini o'zgartiradi. Natijada, ular bir yo'nalishda yoki boshqa yo'nalishda harakat qilishadi, asosan bir joyda itarishadi. Natijada, to'qnashuvlar orasidagi intervallarda harakat tezligi yuqori bo'lishiga qaramay, molekulalar hech qayerda turmasligiga qaramay, ular har qanday muayyan yo'nalishda juda sekin harakat qiladilar.
Jadvaldan, shuningdek, turli molekulalarning tezligidagi farq ularning massalari farqiga bog'liqligini ko'rsatadi. Bu holat bir qator kuzatuvlar bilan tasdiqlangan. Masalan, vodorod kislorod yoki azotdan yuqori tezlikda tor teshiklardan (g'ovaklardan) o'tadi. Buni ushbu tajribada topish mumkin.
Shisha voronka g'ovakli idish bilan yopiladi yoki qog'oz bilan yopiladi va uchi suvga tushiriladi. Agar voronka stakan bilan qoplangan bo'lsa, uning ostiga vodorod (yoki yorug'lik gazi) kiritilsa, voronka oxiridagi suv sathi pasayib, undan pufakchalar chiqa boshlaganini ko'ramiz. Buni qanday tushuntirish kerak?
Idishdagi yoki qog'ozdagi tor teshiklar orqali havo molekulalari (shisha ostidagi voronka ichidan) va vodorod molekulalari (shisha ostidan huni ichiga) o'tishi mumkin. Ammo bu jarayonlarning tezligi boshqacha. Bunda molekulalarning o'lchamidagi farq muhim rol o'ynamaydi, chunki farq kichik, ayniqsa teshiklarning o'lchamiga nisbatan: vodorod molekulasining "uzunligi" taxminan 2,3 * 10 -8 ga teng. sm, va kislorod yoki azot molekulasi taxminan 3 * 10 -8 ni tashkil qiladi sm, teshiklar bo'lgan teshiklarning diametri minglab marta kattaroqdir. Vodorodning g'ovakli devor orqali o'tishining yuqori tezligi uning molekulalari harakatining yuqori tezligi bilan izohlanadi. Shuning uchun vodorod molekulalari shishadan huni ichiga tezda kirib boradi. Natijada, molekulalar voronkada to'planadi, bosim kuchayadi va gazlar aralashmasi pufakchalar shaklida chiqadi.
Bunday qurilmalar shaxtalarda portlashga olib kelishi mumkin bo'lgan o't o'chiruvchi gazlarning havoga qo'shilishini aniqlash uchun ishlatiladi.
Gazlarning issiqlik sig'imi
Bizda 1 bor deylik G gaz. Uning harorati 1 ° C ga oshishi uchun unga qancha issiqlik berilishi kerak, boshqacha qilib aytganda, nima gazning solishtirma issiqlik sig'imi? Bu savolga, tajriba shuni ko'rsatadiki, aniq javob berish mumkin emas. Javob gazni isitish shartlariga bog'liq. Agar uning hajmi o'zgarmasa, u holda gazni isitish uchun ma'lum miqdorda issiqlik kerak bo'ladi; bu ham gaz bosimini oshiradi. Agar isitish uning bosimi o'zgarishsiz qoladigan tarzda amalga oshirilsa, unda birinchi holatga qaraganda boshqacha, kattaroq issiqlik talab qilinadi; bu gaz hajmini oshiradi. Va nihoyat, isitish vaqtida ham hajm, ham bosim o'zgarganda boshqa holatlar ham mumkin; bu holda, bu o'zgarishlarning qanchalik sodir bo'lishiga qarab, issiqlik miqdori talab qilinadi. Yuqorida aytilganlarga ko'ra, gaz isitish sharoitlariga qarab, turli xil o'ziga xos issiqlik sig'imlariga ega bo'lishi mumkin. Odatda bu o'ziga xos issiqlik sig'imlarining ikkitasi mavjud: Doimiy hajmdagi o'ziga xos issiqlik sig'imi (C v ) va doimiy bosimdagi solishtirma issiqlik (C p ).
C v ni aniqlash uchun yopiq idishga joylashtirilgan gazni qizdirish kerak. Isitish vaqtida idishning o'zini kengaytirishni e'tiborsiz qoldirish mumkin. C p ni aniqlashda piston bilan yopilgan tsilindrga joylashtirilgan gazni isitish kerak, uning yuki o'zgarishsiz qoladi.
Doimiy bosimdagi issiqlik sig'imi C p doimiy hajmdagi issiqlik sig'imidan kattaroqdir C v . Haqiqatan ham, qizdirilganda 1 G gaz doimiy hajmda 1 ° ga, berilgan issiqlik faqat gazning ichki energiyasini oshirish uchun ishlatiladi. Gazning bir xil massasini doimiy bosimda 1 ° ga qizdirish uchun unga issiqlik berish kerak, buning natijasida nafaqat gazning ichki energiyasi, balki gazning kengayishi bilan bog'liq ish ham ortadi. bajarilsin. C v qiymatiga C p ni olish uchun gazning kengayishi paytida bajarilgan ishlarga ekvivalent issiqlik miqdorini qo'shish kerak.
5-sahifa
Mutlaq harorat
Doimiy hajmdagi gazning bosimi Selsiy shkalasi bo'yicha o'lchangan haroratga to'g'ridan-to'g'ri proportsional emasligini tushunish oson. Bu, masalan, oldingi bobda keltirilgan jadvaldan aniq. Agar 100 ° S da gaz bosimi 1,37 kg / sm2 bo'lsa, 200 ° S da 1,73 kg / sm2 ni tashkil qiladi. Selsiy termometri bilan o'lchangan harorat ikki baravar, gaz bosimi esa atigi 1,26 marta oshdi. Albatta, buning ajablanarli joyi yo'q, chunki Selsiy termometr shkalasi shartli ravishda, gazning kengayish qonunlari bilan bog'liq holda o'rnatiladi. Biroq, gaz qonunlaridan foydalanib, shunday harorat shkalasini yaratish mumkinki, gazning bosimi ushbu yangi shkalada o'lchangan haroratga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'ladi. Ushbu yangi shkaladagi nol mutlaq nol deb ataladi. Bu nom qabul qilingan, chunki ingliz fizigi Kelvin (Uilyam Tomson) (1824-1907) tomonidan isbotlanganidek, hech qanday jismni bu haroratdan pastroq sovutib bo'lmaydi.
Shunga ko'ra, bu yangi shkala mutlaq haroratlar shkalasi deb ham ataladi. Shunday qilib, mutlaq nol -273 ° C ga teng haroratni ko'rsatadi va hech qanday sharoitda hech qanday jismni sovutib bo'lmaydigan haroratdir. 273°+t1 sifatida ifodalangan harorat Selsiy boʻyicha t1 ga teng boʻlgan jismning mutlaq haroratidir. Odatda absolyut haroratlar T harfi bilan belgilanadi. Shunday qilib, 2730+t1=T1. Mutlaq harorat shkalasi ko'pincha Kelvin shkalasi deb ataladi va yoziladi T ° K. Aytilganlarga asoslanib
Olingan natijani so'z bilan ifodalash mumkin: doimiy hajmda o'ralgan gazning ma'lum bir massasining bosimi mutlaq haroratga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Bu Charlz qonunining yangi ifodasidir.
Formula (6) 0 ° C dagi bosim noma'lum bo'lganda ham foydalanish uchun qulay.
Gaz hajmi va mutlaq harorat
(6) formuladan quyidagi formulani olish mumkin:
Doimiy bosimdagi gazning ma'lum bir massasining hajmi mutlaq haroratga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Bu Gey-Lyussak qonunining yangi ifodasidir.
Gaz zichligining haroratga bog'liqligi
Agar harorat ko'tarilsa va bosim o'zgarmasa, ma'lum bir gaz massasining zichligi qanday bo'ladi?
Esingizda bo'lsin, zichlik tananing massasining hajmga bo'linishiga teng. Gazning massasi doimiy bo'lganligi sababli, qizdirilganda, uning zichligi hajmi qanchalik ko'p bo'lsa, shuncha kamayadi.
Ma'lumki, agar bosim doimiy bo'lib qolsa, gazning hajmi mutlaq haroratga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Shuning uchun gazning doimiy bosimdagi zichligi mutlaq haroratga teskari proportsionaldir. Agar d1 va d2 t1 va t2 haroratlarda gaz zichligi bo'lsa, u holda munosabat o'rinli bo'ladi.
Gaz holatining yagona qonuni
Biz gazning holatini tavsiflovchi uchta kattalikdan biri (bosim, harorat va hajm) o'zgarmaydigan holatlarni ko'rib chiqdik. Agar harorat doimiy bo'lsa, bosim va hajm bir-biri bilan Boyl-Mariot qonuni bilan bog'liqligini ko'rdik; agar hajm doimiy bo'lsa, u holda bosim va harorat Charlz qonuni bilan bog'liq; agar bosim doimiy bo'lsa, u holda hajm va harorat Gey-Lyusak qonuni bilan bog'liq. Gazning ma'lum bir massasi bosimi, hajmi va harorati o'rtasidagi bog'liqlikni o'rnatamiz, agar bu uchta kattalik o'zgarmasa.
Ma'lum bir gaz massasining dastlabki hajmi, bosimi va mutlaq harorati V1, P1 va T1 ga teng bo'lsin, oxirgilari - V2, P2 va T2 - Dastlabki holatdan yakuniy holatga o'tish ikki holatda sodir bo'lgan deb tasavvur qilish mumkin. bosqichlar. Misol uchun, gaz hajmi birinchi navbatda V1 dan V2 ga o'zgaradi va T1 harorati o'zgarishsiz qoladi. Olingan gaz bosimi Pav bilan belgilanadi Keyin harorat doimiy hajmda T1 dan T2 ga, bosim esa Pav dan o'zgardi. P. ga. Keling, jadval tuzamiz:
Boyl qonuni - Mariotte
Charlz qonuni
O'zgartirish, birinchi o'tish bilan biz Boyl-Mariotte qonunini yozamiz
Ikkinchi o'tish uchun Charlz qonunini qo'llash orqali biz yozishimiz mumkin
Ushbu tengliklarni muddatga ko'paytirsak va Pcp ga kamaytirsak, biz quyidagilarni olamiz:
Demak, ma'lum bir massa, gaz va uning bosimi hajmining mahsuloti gazning mutlaq haroratiga proportsionaldir. Bu gaz holatining yagona qonuni yoki gaz holati tenglamasidir.
Qonun Dalton
Hozirgacha biz bitta gazning bosimi - kislorod, vodorod va boshqalar haqida gapirgan edik. Lekin tabiatda va texnologiyada biz ko'pincha bir nechta gazlar aralashmasi bilan shug'ullanamiz. Bunga eng muhim misol azot, kislorod, argon, karbonat angidrid va boshqa gazlar aralashmasi bo'lgan havodir. Gazlar aralashmasining bosimi nimaga bog'liq?
Kolbaga havodagi kislorodni (masalan, fosfor) kimyoviy bog'laydigan moddaning bir bo'lagini joylashtiramiz va kolbani nay bilan tiqin bilan tezda yopamiz. simob manometriga ulangan. Biroz vaqt o'tgach, havodagi barcha kislorod fosfor bilan birlashadi. Bosim o'lchagich kislorodni olib tashlashdan oldingi bosimdan pastroq bo'lishini ko'ramiz. Bu shuni anglatadiki, havoda kislorod mavjudligi uning bosimini oshiradi.
Gazlar aralashmasining bosimini aniq o'rganish birinchi marta ingliz kimyogari Jon Dalton (1766-1844) tomonidan 1809 yilda amalga oshirilgan. Agar aralashmani tashkil etuvchi gazlarning har birida qolgan gazlar gazdan chiqarilganda bo'ladigan bosim. aralashma egallagan hajm bu gazning parsial bosimi deb ataladi. Dalton gazlar aralashmasining bosimi ularning qisman bosimlari yig'indisiga teng ekanligini aniqladi. (Dalton qonuni). E'tibor bering, Dalton qonuni yuqori siqilgan gazlarga, shuningdek, Boyl-Mariott qonuniga taalluqli emas.
Neftning fizik-kimyoviy xossalari va uni tavsiflovchi parametrlari: zichlik, yopishqoqlik, siqilish, hajm koeffitsienti. Ularning harorat va bosimga bog'liqligi
Kollektor moylarining fizik xossalari sirt degazlangan moylarnikidan juda farq qiladi, bu harorat, bosim va erigan gaz ta’siridan kelib chiqadi. Kollektor moylarining fizik xossalarining ularning qatlamlarda bo‘lishining termodinamik sharoitlari bilan bog‘liq o‘zgarishi neft va neft gazi zahiralarini hisoblashda, neft konlarini loyihalash, o‘zlashtirish va ulardan foydalanishda hisobga olinadi.
Zichlik gazsizlangan neft keng diapazonda o'zgarib turadi - 600 dan 1000 kg / m 3 gacha va undan ko'p va asosan uglevodorod tarkibiga va asfalt-qatronli moddalar tarkibiga bog'liq.
Kollektor sharoitida neftning zichligi erigan gaz miqdori, harorat va bosimga bog'liq. Bosimning oshishi bilan zichlik biroz oshadi, qolgan ikki omilning ortishi bilan esa kamayadi. Oxirgi omillarning ta'siri yanada aniqroq. Azot yoki karbonat angidrid bilan to'yingan yog'larning zichligi bosimning oshishi bilan bir oz ortadi.
Erigan gaz miqdori va haroratning ta'siri kuchliroq. Shuning uchun, natijada gazning zichligi har doim gazsizlangan neftning sirtdagi zichligidan kamroq bo'ladi. Bosimning oshishi bilan neftning zichligi sezilarli darajada kamayadi, bu neftning gaz bilan to'yinganligi bilan bog'liq. Neftning gaz bilan to'yingan bosimidan yuqori bosimning oshishi neft zichligining biroz oshishiga yordam beradi.
Qatlam suvlarining zichligiga bosim, harorat va erigan gazdan tashqari ularning sho'rligi ham kuchli ta'sir ko'rsatadi. Qatlam suvidagi tuzlarning kontsentratsiyasi 643 kg/m 3 bo'lsa, uning zichligi 1450 kg/m 3 ga etadi.
Ovoz nisbati. Gaz suyuqlikda eriganida uning hajmi ortadi. Kollektor sharoitida erigan gaz bilan suyuqlik hajmining gazsizlangandan keyin sirtdagi bir xil suyuqlik hajmiga nisbati hajm koeffitsienti deyiladi.
b=V PL / V SOV
bu erda V PL - qatlam sharoitidagi neft hajmi; V POV - bir xil neftning atmosfera bosimidagi hajmi va degasatsiyadan keyin t=20°C.
Neftda juda katta miqdorda uglevodorod gazi (1 m 3 neftda 1000 va undan ortiq m 3 boʻlsa ham) eritilishi mumkinligi sababli, termodinamik sharoitga qarab neftning hajm koeffitsienti 3,5 va undan koʻpga yetishi mumkin. Qatlam suvlari uchun hajmli koeffitsientlar 0,99-1,06.
Kollektordagi neft hajmiga nisbatan olingan neft hajmining foizda ifodalangan kamayishi “qisqarish” deb ataladi.
u=(b-1) / b *100%
Bosim dastlabki rezervuar p 0 dan to'yinganlik bosimiga tushganda, hajm koeffitsienti ozgina o'zgaradi, chunki unda erigan gaz bo'lgan neft bu sohada oddiy zaif siqilgan suyuqlik kabi harakat qiladi, bosimning pasayishi bilan biroz kengayadi. Bosimning pasayishi bilan gaz asta-sekin neftdan ajralib chiqadi va hajm omili kamayadi. Yog 'haroratining oshishi gazlarning eruvchanligini yomonlashtiradi, bu esa hajm koeffitsientining pasayishiga olib keladi.
Yopishqoqlik. Yopishqoqlik neftning eng muhim xususiyatlaridan biridir. Neftning yopishqoqligi suyuqlikni quvurlar orqali ko'tarish, quduqlarni yuvish, quduq mahsulotlarini kon ichidagi quvurlar orqali tashish, tubining hosil bo'lish zonalarini turli usullar bilan qayta ishlash bilan bog'liq deyarli barcha gidrodinamik hisob-kitoblarda, shuningdek, neftning suvda harakatlanishi bilan bog'liq hisob-kitoblarda hisobga olinadi. suv ombori.
Kollektor moyining qovushqoqligi yer usti neftining qovushqoqligidan juda farq qiladi, chunki uning tarkibida erigan gaz bor va yuqori bosim va harorat sharoitida bo'ladi. Erigan gaz miqdori va haroratning oshishi bilan yog'larning viskozitesi pasayadi.
To'yinganlik bosimi ostida bosimning oshishi GORning oshishiga va natijada viskozitenin pasayishiga olib keladi. Rezervuar moyi uchun to'yinganlik bosimidan yuqori bosimning oshishi yopishqoqlikning oshishiga olib keladi
Neftning molekulyar og'irligi oshishi bilan uning yopishqoqligi ortadi. Shuningdek, neftning yopishqoqligiga undagi parafinlar va asfalt-qatronli moddalar, qoida tariqasida, uning ko'payishi yo'nalishi bo'yicha katta ta'sir ko'rsatadi.
Yog 'siqilish qobiliyati. Yog 'egiluvchanlikka ega, ya'ni tashqi bosim ta'sirida hajmini o'zgartirish qobiliyatiga ega. Suyuqlikning elastikligi siqilish koeffitsienti bilan o'lchanadi, bu bosim o'zgarishi bilan suyuqlik hajmining asl hajmiga nisbati sifatida aniqlanadi:
b P =DV/(VDP) , bu yerda
DV - neft hajmining o'zgarishi; V - neftning dastlabki hajmi; DP - bosim o'zgarishi
Kollektor neftining siqilish koeffitsienti tarkibiga, undagi erigan gazning tarkibiga, haroratga va mutlaq bosimga bog'liq.
Gazsizlangan moylar nisbatan past siqilish koeffitsientiga ega, (4-7) * 10 -10 1/Pa, va ularning tarkibida sezilarli miqdorda erigan gazni o'z ichiga olgan engil moylar - 140 * 10 -10 1 / Pa gacha. . Harorat qanchalik yuqori bo'lsa, siqilish omili shunchalik yuqori bo'ladi.
Zichlik.
Zichlik odatda hajm birligidagi moddaning massasi sifatida tushuniladi. Shunga ko'ra, bu miqdorning o'lchami kg / m 3 yoki g / sm 3 ni tashkil qiladi.
r=m/V
Kollektor sharoitida neftning zichligi undagi erigan gaz va haroratning oshishi hisobiga kamayadi. Biroq, bosim to'yinganlik bosimidan pastga tushganda, yog 'zichligining bog'liqligi monotonik bo'lmaydi va bosim to'yinganlik bosimidan yuqori bo'lganda, moy qisqaradi va zichlik biroz oshadi.
Neftning yopishqoqligi.
Yopishqoqlik suyuqlik yoki gaz ichidagi ikkita qo'shni qatlam o'rtasida ularning o'zaro harakati paytida yuzaga keladigan ishqalanish kuchini (ichki qarshilik) tavsiflaydi.
Yog 'qovushqoqligi eksperimental ravishda maxsus VVD-U viskozimetrida aniqlanadi. Viskozimetrning ishlash printsipi tekshirilayotgan suyuqlikdagi metall sharning tushish vaqtini o'lchashga asoslangan.
Yog'ning yopishqoqligi quyidagi formula bo'yicha aniqlanadi:
m = t (r w - r l) k
t – to‘pning tushish vaqti, s
r w va r w - to'p va suyuqlikning zichligi, kg / m 3
k - viskozimetr konstantasi
Haroratning oshishi yog 'qovushqoqligining pasayishiga olib keladi (2-rasm. a). To'yinganlik bosimi ostida bosimning oshishi GORning oshishiga va natijada viskozitenin pasayishiga olib keladi. Kollektor moyi uchun to'yinganlik bosimidan yuqori bosimning oshishi yopishqoqlikning oshishiga olib keladi (2-rasm. b).
Yopishqoqlikning minimal qiymati rezervuardagi bosim rezervuarning to'yinganlik bosimiga tenglashganda sodir bo'ladi.
Yog 'siqilish qobiliyati
Yog 'egiluvchanlikka ega. Neftning elastik xossalari neftning siqilish koeffitsienti bilan baholanadi. Yog 'siqilish qobiliyati suyuqlikning bosim ostida hajmini o'zgartirish qobiliyati sifatida tushuniladi:
b n = (1)
b n - moyning siqilish koeffitsienti, MPa -1-
V n - neftning dastlabki hajmi, m 3
∆V - bosim o'lchovi ostida neft hajmini o'lchash ∆R
Siqilish koeffitsienti yog'ning birlik hajmining nisbiy o'zgarishini bosimning o'zgarishi bilan tavsiflaydi. Bu qatlam moyining tarkibiga, haroratga va mutlaq bosimga bog'liq. Haroratning oshishi bilan siqilish koeffitsienti ortadi.
Ovoz nisbati
Hajm koeffitsienti qatlam sharoitidagi neft hajmi gaz yuzasiga chiqqandan keyin bir xil neft hajmidan necha marta oshib ketishini ko'rsatadigan qiymat sifatida tushuniladi.
\u003d V pl / V daraja
c - hajmli koeffitsient
V pl va V deg - rezervuar va gazsizlangan neft hajmlari, m 3
Bosimning dastlabki rezervuar p 0 dan to'yinganlik bosimiga (ab bo'limi) pasayishi bilan hajm koeffitsienti ozgina o'zgaradi, chunki unda erigan gaz bo'lgan neft bu sohada oddiy zaif siqilgan suyuqlik kabi harakat qiladi, bosimning pasayishi bilan biroz kengayadi.
Bosimning pasayishi bilan gaz asta-sekin neftdan ajralib chiqadi va hajm omili kamayadi. Yog 'haroratining oshishi gazlarning eruvchanligini yomonlashtiradi, bu esa hajm koeffitsientining pasayishiga olib keladi.
