Paprastai, mažėjant temperatūrai, tankis didėja, nors yra medžiagų, kurių tankis elgiasi skirtingai, pavyzdžiui, vanduo, bronza ir ketus. Taigi vandens tankis turi didžiausią vertę esant 4 °C ir mažėja tiek kylant, tiek mažėjant temperatūrai, palyginti su šiuo skaičiumi.

Pasikeitus agregacijos būsenai, medžiagos tankis kinta staigiai: tankis didėja pereinant iš dujinės būsenos į skystį ir skysčiui kietėjant. Tiesa, vanduo yra šios taisyklės išimtis, jo tankis mažėja kietėjant.

Dviejų medžiagų P. santykis tam tikromis standartinėmis fizinėmis sąlygomis vadinamas santykiniu P.: skysčiui ir kietosios medžiagos paprastai jis nustatomas pagal 4 °C temperatūros distiliuoto vandens P., dujoms - pagal sauso oro arba vandenilio P. normaliomis sąlygomis.

P. SI vienetas yra kg/m 3 , CGS vienetų g/cm 3 sistemoje. Praktiškai taip pat naudojami nesisteminiai P vienetai: g/l, t/m 3 ir kt.

Medžiagų tankiui matuoti naudojami tankio matuokliai, piknometrai, hidrometrai ir hidrostatinis svėrimas (žr. Moros svarstykles). . Dr. tankio nustatymo metodai remiasi tankio ryšiu su medžiagos būsenos parametrais arba su medžiagoje vykstančių procesų priklausomybe nuo jos tankio idealios dujos galima apskaičiuoti pagal būsenos lygtis r = pm/RT, kur p – dujų slėgis, m – jo molekulinė masė (molinė masė), R - dujų konstanta , T – absoliuti temperatūra arba nustatoma, pavyzdžiui, pagal ultragarso sklidimo greitį (čia b yra adiabatinis suspaudžiamumas dujos).

Natūralių kūnų ir aplinkos P verčių diapazonas yra ypač platus. Taigi tarpžvaigždinės terpės tankis neviršija 10 -21 kg/m 3 , vidutinis Saulės P. ​​yra 1410 kg/m 3 , Žemė – 5520 kg/m 3 , aukščiausias P. metalų - 22 500 kg/m 3 (osmis), P. medžiagos atomų branduoliai - 10 17 kg/m 3 , galiausiai neutroninių žvaigždžių tankis gali siekti 10 20 kg/m 3 .

Slėgio matuoklis yra mechaninis matavimo prietaisas, kurį sudaro plieninis arba plastikinis ciferblatas su vamzdelio pavidalo spyruokle, skirtas skystų ir dujinių medžiagų slėgiui matuoti.

Mechaniniuose manometruose išmatuotas slėgis jutimo elemento pagalba paverčiamas mechaniniu judesiu, sukeliančiu mechaninį rodyklių ar kitų skaičiavimo mechanizmų dalių nukrypimą, matavimo rezultatų fiksavimą, taip pat signalinius įtaisus ir slėgio stabilizavimą. valdomo objekto sistemos. Vamzdinės spyruoklės, harmoninės (silfoninės) ir plokščios membranos bei kiti matavimo mechanizmai naudojami kaip jautrūs mechaninių manometrų elementai, kuriuose, veikiant slėgiui, sukeliamos tamprios deformacijos arba specialių spyruoklių elastingumas.

Pagal tikslumą visi mechaniniai manometrai skirstomi į: techninius, valdymo ir standartinius. Techniniai manometrai turi 1,5 tikslumo klases; 2,5; 4; kontrolė 0,5; 1,0; pavyzdinis 0,16; 0,45.

Vamzdinės spyruoklės yra tuščiaviduriai ovalo ar kitokio skerspjūvio vamzdžiai, sulenkti apskritimo lanku, išilgai sraigtinės arba spiralinės linijos ir turintys vieną ar daugiau posūkių. Įprastoje konstrukcijoje, kuri dažniausiai naudojama praktikoje, naudojamos vieno posūkio spyruoklės. Principinis ir blokinė schema Manometras su vieno apsisukimo vamzdine spyruokle parodytas 2 pav.

2 pav. Mechaninis manometras ir jo charakteristikos

Slėgio spyruoklės 5 galas yra prilituotas prie jungiamosios detalės 1. Antrasis lituojamas galas K yra šarnyriškai sujungtas strypu 3 su krumpliaračio sektoriaus 4 svirtimi. Sektoriaus dantys yra sujungti su varomąja pavara 6, kuri yra sumontuota. ant rodyklių ašies 7 9. Kad pašalintumėte rodyklės svyravimus dėl tarpų tarp dantų Pavarų dėžėje naudojama spiralinė spyruoklė 2, kurios galai sujungti su korpusu ir ašimi 7. Po yra fiksuota skalė rodyklė.

Vamzdinės spyruoklės viduje ir išorėje esant slėgio skirtumui keičiasi savo skerspjūvio forma, dėl to jos sandarus galas K pasislenka proporcingai darbinio slėgio skirtumui.

Mechaninio manometro blokinė schema (2 pav., b) susideda iš trijų linijinių grandžių I, II, III, kurių statinės charakteristikos pavaizduotos grafikais, o kur – vamzdinės spyruoklės laisvojo galo judėjimas. , yra inicialas centrinis kampas vamzdinė spyruoklė. Dėl visų jungčių tiesiškumo bendra manometro statinė charakteristika yra tiesinė, o skalė vienoda. I jungties įvesties vertė yra išmatuotas slėgis, o išėjimo vertė yra matuoklio spyruoklės laisvojo (lituoto) galo judėjimas5. Strypas 3 su pavarų sektoriaus svirtimi 4 sudaro antrąją jungtį. II jungties įvesties vertė yra , o išėjimo vertė yra manometrinės spyruoklės galo kampinis nuokrypis. III jungties įvesties vertė (III jungtis yra pavaros sektorius, sujungtas su varomąja pavara 6) yra kampinis nuokrypis, o išvestis yra kampinis rodyklės 9 nuokrypis nuo 8 skalės nulinio taško.

Matavimams žemo vakuumo srityje naudojami mechaniniai manometrai. Deformaciniuose slėgio matuokliuose su indikatoriumi susietas tamprus elementas susilenkia veikiamas skirtumo tarp išmatuoto ir etaloninio slėgio (atmosferos arba didelio vakuumo). BC-7 serijos dumplių pramoniniuose manometruose išmatuotas slėgis sukelia dumplių judėjimą, kuris perduodamas savirašiui. Šių prietaisų tiesinė skalė iki 760 torrų, o tikslumas – 1,6%.

Santrauka šia tema:

Oro tankis

Planas:

Įvadas

• 1 Santykiai modelio viduje idealios dujos
  • 1.1 Temperatūra, slėgis ir tankis
  • 1.2 Oro drėgmės poveikis
  • 1.3 Aukščio įtaka troposferoje
Pastabos

Įvadas

Oro tankis- dujų masė Žemės atmosferoje tūrio vienetui arba specifinė gravitacija oras natūraliomis sąlygomis. Didumas oro tankis yra atliktų matavimų aukščio, jo temperatūros ir drėgmės funkcija. Paprastai standartinė vertė laikoma 1,225 kg ⁄ m 3 , kuris atitinka sauso oro tankį 15°C temperatūroje jūros lygyje.

1. Idealiųjų dujų modelio ryšiai

1.1. Temperatūra, slėgis ir tankis

Sauso oro tankis gali būti apskaičiuojamas naudojant Clapeyrono lygtį idealioms dujoms tam tikroje temperatūroje. ir spaudimas:

Čia ρ - oro tankis, p- absoliutus slėgis, R- specifinė dujų konstanta sausam orui (287,058 J ⁄ (kg K)), T- absoliuti temperatūra Kelvinais. Taigi, pakeitę gauname:

• standartinėje atmosferoje Tarptautinė sąjunga teorinė ir taikomoji chemija (temperatūra 0°C, slėgis 100 kPa, nulis drėgmės) oro tankis 1,2754 kg ⁄ m³;
• esant 20 °C, 101,325 kPa ir sausam orui, atmosferos tankis yra 1,2041 kg ⁄ m³.

Žemiau esančioje lentelėje pateikti įvairūs oro parametrai, apskaičiuoti pagal atitinkamus parametrus elementarios formulės, priklausomai nuo temperatūros (slėgis laikomas 101,325 kPa)

1.2. Oro drėgmės poveikis

Drėgmė reiškia dujinių vandens garų buvimą ore, kurių dalinis slėgis neviršija sočiųjų garų slėgio tam tikromis atmosferos sąlygomis. Vandens garų pridėjimas į orą sumažina jo tankį, o tai paaiškinama mažesniu molinė masė vandens (18 g ⁄ mol), palyginti su moline sauso oro mase (29 g ⁄ mol). Drėgnas oras gali būti laikomas mišiniu idealios dujos, kurių kiekvieno tankio derinys leidžia gauti reikiamą jų mišinio vertę. Šis aiškinimas leidžia nustatyti tankio vertę esant mažesnei nei 0,2% paklaidai temperatūros diapazone nuo –10 °C iki 50 °C ir gali būti išreikšta taip:

kur yra drėgno oro tankis (kg ⁄ m³); p d- dalinis sauso oro slėgis (Pa); R d- universali dujų konstanta sausam orui (287,058 J ⁄ (kg K)); T- temperatūra (K); p v- vandens garų slėgis (Pa) ir R v- universali garų konstanta (461,495 J ⁄ (kg K)). Vandens garų slėgį galima nustatyti pagal santykinę drėgmę:

Kur p v- vandens garų slėgis; φ - santykinė drėgmė Ir p sat yra sočiųjų garų dalinis slėgis, pastarasis gali būti pavaizduotas kaip tokia supaprastinta išraiška:

kuris duoda rezultatą milibarais. Sauso oro slėgis p d nustatomas paprastu skirtumu:

Kur pžymi absoliutų nagrinėjamos sistemos slėgį.

1.3. Aukščio įtaka troposferoje

Slėgio, temperatūros ir oro tankio priklausomybė nuo aukščio, palyginti su standartine atmosfera ( p 0 = 101325 Pa, T0=288,15 K, ρ 0 =1,225 kg/m³).

Norint apskaičiuoti oro tankį tam tikrame troposferos aukštyje, galima naudoti šiuos parametrus (atmosferos parametrai rodo standartinės atmosferos vertę):

• standartinis atmosferos slėgis jūros lygyje - p 0 = 101325 Pa;
• standartinė temperatūra jūros lygyje - T0= 288,15 K;
• pagreitis laisvas kritimas virš Žemės paviršiaus - g= 9,80665 m ⁄ sek 2 (atliekant šiuos skaičiavimus ji laikoma nuo aukščio nepriklausoma reikšme);
• temperatūros kritimo greitis (anglų k.) rusų k. su aukščiu, troposferoje - L= 0,0065 K ⁄ m;
• universali dujų konstanta - R= 8,31447 J⁄ (Mol K);
• molinė sauso oro masė - M= 0,0289644 kg ⁄ Mol.

Troposferai (t. y. linijinio temperatūros mažėjimo sričiai – tai vienintelė čia naudojama troposferos savybė) temperatūra aukštyje h virš jūros lygio galima pateikti pagal formulę:

Slėgis aukštyje h:

Tada tankis gali būti apskaičiuojamas pakeičiant temperatūrą T ir slėgį P, atitinkantį tam tikrą aukštį h į formulę:

Šios trys formulės (temperatūros, slėgio ir tankio priklausomybė nuo aukščio) naudojamos diagramoms, parodytoms dešinėje, sudaryti. Grafikai normalizuoti – jie parodo bendrą parametrų elgesį. „Nulis“ vertės teisingiems skaičiavimams kiekvieną kartą turi būti pakeistos pagal atitinkamų prietaisų (termometro ir barometro) rodmenis. Šis momentas jūros lygyje.

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 pralaidumas k . Norint atlikti tolesnius skaičiavimus, būtina žinoti šių koeficientų priklausomybę nuo slėgio.

Lašelių skysčio tankis. Nuolat filtruojant lašelinį skystį, jo tankis gali būti laikomas nepriklausomu nuo slėgio, tai yra, skystis gali būti laikomas nesuspaudžiamu: r = konst .

Esant nestabiliems procesams, būtina atsižvelgti į skysčio suspaudžiamumą, kuriam būdinga tūrinis skysčio suspaudimo laipsnis b . Šis koeficientas paprastai laikomas pastoviu:

Integravus paskutinę lygybę iš pradines vertes spaudimas 0 p ir tankis r 0 prieš dabartinės vertės, mes gauname:

Šiuo atveju gauname tiesinė priklausomybė tankis, palyginti su slėgiu.

Dujų tankis. Suspaudžiami skysčiai (dujos) su nedideliais slėgio ir temperatūros pokyčiais taip pat gali būti apibūdinami tūriniais suspaudimo koeficientais ir šiluminis plėtimasis. Tačiau esant dideliems slėgio ir temperatūros pokyčiams, šie koeficientai keičiasi plačiose ribose, todėl idealių dujų tankio priklausomybė nuo slėgio ir temperatūros grindžiama Clayperon – Mendelejevo būsenų lygtys:

Kur R' = R/M m– dujų konstanta, priklausomai nuo dujų sudėties.

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

Paskutinė lygtis kartais rašoma taip:

(1.50)

Iš paskutinės lygties aišku, kad dujų tankis priklauso nuo slėgio ir temperatūros, todėl jei žinomas dujų tankis, tuomet reikia nurodyti dujų slėgį, temperatūrą ir sudėtį, o tai yra 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 ties normaliomis sąlygomis 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 lygus ρ w.st.us = 1,22 kg/m 3.

Todėl pagal žinomą tankį 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 – būsenos nuokrypio laipsnį apibūdinantis koeficientas tikros dujos nuo idealiųjų dujų dėsnio (superslėgimo koeficiento) ir priklausomai nuo tam tikrų dujų slėgio ir temperatūros z = z(p, T) . Superkompresijos 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), galima daryti prielaidą, kad rezervuaro alyvų ir gamtinių dujų klampumo priklausomybė nuo slėgio yra eksponentinė:

(1.56)

Esant nedideliems slėgio pokyčiams, ši priklausomybė yra tiesinė.

Čia m 0 – klampumas esant fiksuotam slėgiui 0 p ; β m – koeficientas, nustatytas eksperimentiškai ir priklausomai nuo naftos ar dujų sudėties.

Rezervuaro poringumas. Norėdami išsiaiškinti, kaip poringumo koeficientas priklauso nuo slėgio, panagrinėkime įtempių, veikiančių akytoje terpėje, užpildytoje skysčiu, klausimą. Mažėjant slėgiui skystyje, didėja jėga, veikianti akytos terpės karkasą, todėl poringumas mažėja.

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

Kur m 0 – poringumo koeficientas esant slėgiui 0 p .

Laboratoriniai eksperimentai skirtingoms granuliuotoms uolienoms ir lauko tyrimai rodo, kad darinio tūrinio elastingumo koeficientas yra (0,3 - 2) 10 -10 Pa -1.

Esant dideliems slėgio pokyčiams, poringumo pokytis apibūdinamas lygtimi:

o dideliems – eksponentinis:

(1.61)

Skilusiose dariniuose pralaidumas priklausomai nuo slėgio kinta intensyviau nei akytose, todėl įtrūkusiuose dariniuose, atsižvelgiant į priklausomybę k(p) reikalingesnės nei granuliuotose.

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

Temperatūros ir slėgio įtaka dujų tankiui Dujoms, skirtingai nei lašeliniams skysčiams, būdingas didelis suspaudžiamumas ir didelės vertėsšiluminio plėtimosi koeficientas. Dujų tankio priklausomybė nuo slėgio ir temperatūros nustatoma pagal būsenos lygtį. Dauguma paprastos savybės turi dujų, kurios yra tokios retos, kad gali būti neatsižvelgta į jo molekulių sąveiką. Tai idealios (tobulos) dujos, kurioms galioja Mendelejevo-Klapeirono lygtis:

Temperatūros ir slėgio įtaka dujų tankiui p – absoliutus slėgis; R - specifinė dujų konstanta, skirtinga skirtingoms dujoms, bet nepriklausoma nuo temperatūros ir slėgio (orui R = 287 J / (kg K); T - absoliuti temperatūra. Tikrų dujų elgsena toli nuo suskystėjimo) skiriasi tik nežymiai. tobulųjų dujų elgseną, o joms plačiose ribose galima naudoti tobulųjų dujų būsenos lygtis.

Temperatūros ir slėgio įtaka dujų tankiui Techniniuose skaičiavimuose dujų tankis paprastai pateikiamas kaip įprastas fizines sąlygas: T=20°C; p = 101325 Pa. Orui tokiomis sąlygomis ρ=1,2 kg/m3 Oro tankis kitomis sąlygomis nustatomas pagal formulę:

Temperatūros ir slėgio įtaka dujų tankiui Pagal šią formulę izoterminis procesas(T = const): Adiabatinis procesas yra procesas, vykstantis be išorinių šilumos mainų. Adiabatiniam procesui k=ср/сv yra dujų adiabatinė konstanta; cf - šiluminė talpa, dujos ties pastovus slėgis; cv - tas pats, esant pastoviam tūriui.

Temperatūros ir slėgio įtaka dujų tankiui Svarbi charakteristika, lemianti tankio kitimo priklausomybę nuo slėgio pokyčio judančiame sraute, yra garso sklidimo greitis a. IN vienalytė aplinka garso sklidimo greitis nustatomas iš išraiškos: Orui a = 330 m/s; anglies dioksidui 261 m/s.

Temperatūros ir slėgio įtaka dujų tankiui Kadangi dujų tūris labai priklauso nuo temperatūros ir slėgio, išvados, gautos tiriant skysčių lašelius, gali būti taikomos dujoms tik tuo atveju, jei nagrinėjamo reiškinio ribose pasikeičia slėgis ir temperatūra yra nereikšmingi. 3 Dideli slėgio skirtumai, sukeliantys reikšmingus dujų tankio pokyčius, gali atsirasti joms judant dideliu greičiu. Ryšys tarp judėjimo greičio ir garso greičio jame leidžia spręsti, ar kiekvienu konkrečiu atveju reikia atsižvelgti į suspaudžiamumą.

Temperatūros ir slėgio įtaka dujų tankiui Jei skystis ar dujos juda, tada jie nenaudojami absoliučioji vertė garso greitis ir Macho skaičius, lygus santykiui srauto greitis iki garso greičio. M = ν/a Jei Macho skaičius yra žymiai mažesnis už vienetą, tai skystis arba dujos lašelinis gali būti laikomas praktiškai nesuspaudžiamu

Dujų pusiausvyra Jei dujų kolonėlės aukštis mažas, jos tankį galima laikyti vienodu išilgai kolonėlės aukščio: tuomet šios kolonėlės sukuriamas slėgis nustatomas pagal pagrindinę hidrostatikos lygtį. At didelis aukštis oro stulpelio, jo tankis skirtinguose taškuose nebėra vienodas, todėl hidrostatinė lygtis šiuo atveju netaikoma.

Atsižvelgiant į dujų pusiausvyrą diferencialinė lygtis slėgis absoliučios ramybės atveju ir pakeičiant į jį tankio reikšmę, turime Norint integruoti šią lygtį, būtina žinoti oro temperatūros kitimo išilgai oro stulpelio aukščio dėsnį. Temperatūros pokyčio neįmanoma išreikšti paprasta aukščio ar slėgio funkcija, todėl lygties sprendimas gali būti tik apytikslis.

Dujų pusiausvyra Atskiriems atmosferos sluoksniams pakankamai tiksliai galima daryti prielaidą, kad temperatūros pokytis, priklausantis nuo aukščio (o kasykloje - nuo gylio), vyksta pagal tiesinis įstatymas: T = T 0 +αz, kur T ir T 0 yra atitinkamai absoliuti oro temperatūra aukštyje (gylyje) z ir žemės paviršiuje α yra temperatūros gradientas, apibūdinantis oro temperatūros kitimą didėjant aukščiui (- α) arba gylis (+α) esant 1 m, K/m.

Dujų pusiausvyra Koeficiento α reikšmės skiriasi įvairiose srityse išilgai aukščio atmosferoje arba gylyje kasykloje. Be to, jie taip pat priklauso nuo meteorologinių sąlygų, metų laiko ir kitų veiksnių. Nustatant temperatūrą troposferoje (t. y. iki 11 000 m), paprastai imama α = 0,0065 K/m, gilios kasyklos vidutinė α reikšmė imama lygi 0,004÷ 0,006 K/m sausiems kamienams, šlapiems kamienams - 0,01.

Dujų pusiausvyra Temperatūros pokyčio formulę pakeitę slėgio skirtumo lygtimi ir ją integruodami, gauname Lygtis išspręsta H, pakeičiant natūralūs logaritmai dešimtainis, α - jo reikšmė iš lygties per temperatūrą, R - reikšmė orui, lygi 287 J/ (kg K); ir pakaitalas g = 9,81 m/s2.

Dujų pusiausvyra Dėl šių veiksmų gauname barometrinė formulėН = 29, 3(Т-Т 0)(log p/p 0)/(log. T 0/T), taip pat slėgio nustatymo formulė, kur n nustatomas pagal formulę

NUOLATUS DUJŲ JUDĖJIMAS VAMZDUOSE Apvalaus vamzdžio, kurio skersmuo d, dx ilgio elemento, kurio geodezinio aukščio pokytis yra mažas, palyginti su pjezometrinio slėgio pokyčiu, energijos tvermės mechanine forma dėsnis yra toks: nuostoliai specifinė energija trinčiai imami pagal Darcy-Weisbach formulę Politropiniam procesui su pastoviu politropiniu indeksu n = const ir darant prielaidą, kad λ = const po integravimo, gaunamas slėgio pasiskirstymo dujotiekyje dėsnis.

NUOLATUS DUJŲ JUDĖJIMAS VAMZDŽIAIS Dėl magistralinių dujotiekių masės srauto formulę galima parašyti

NUOLATUS DUJŲ JUDĖJIMAS VAMZDŽIAIS M ω Kai n = 1, formulės galioja pastoviam izoterminiam dujų srautui. Dujų hidraulinio pasipriešinimo koeficientas λ, priklausantis nuo Reinoldso skaičiaus, gali būti apskaičiuojamas naudojant skysčio srautui naudojamas formules.

Kai juda tikras angliavandenilių dujos izoterminiam procesui naudojama būsenos lygtis, kai gamtinių angliavandenilių dujų suspaudžiamumo koeficientas z nustatomas pagal eksperimentines kreives arba analitiškai - iš apytikslių būsenų lygčių.

ω

Autorių teisės L.Kourenkov

Dujų savybės

Dujų slėgis

Dujos visada užpildo tūrį, kurį riboja nepralaidžios sienos. Pavyzdžiui, automobilio padangos dujų balionas arba kamera yra beveik tolygiai pripildyta dujų.

Bandydamos plėstis, dujos daro spaudimą ant cilindro sienelių, padangų kamerų ar bet kokio kito kieto ar skysto korpuso, su kuriuo jos liečiasi. Jei neatsižvelgsime į Žemės gravitacinio lauko veikimą, kuris esant įprastiems indų dydžiams slėgį keičia tik nežymiai, tai kai dujų slėgis inde yra pusiausvyroje, mums atrodo, kad jis yra visiškai vienodas. Ši pastaba tinka makrokosmui. Jei įsivaizduotume, kas vyksta molekulių, sudarančių dujas inde, mikrokosme, tai apie vienodą slėgio pasiskirstymą negali būti nė kalbos. Kai kuriose sienos paviršiaus vietose dujų molekulės atsitrenkia į sienas, o kitur smūgių nėra. Šis vaizdas visą laiką keičiasi chaotiškai. Dujų molekulės atsitrenkia į indų sienas ir tada nuskrenda greičiu, beveik lygiu molekulės greičiui prieš smūgį. Po smūgio molekulė perkelia į sieną judesio kiekį, lygų mv, kur m – 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 pjūvis lygus 2Nmv. Pagal antrąjį Niutono dėsnį šis judėjimo dydis yra lygus jėgos F, veikiančios šią sienos atkarpą, ir laiko t, per kurį ji veikia, sandaugai. Mūsų atveju t = 1 sek. Taigi F=2Nmv, yra jėga, veikianti 1 cm 2 sienas, t.y. slėgis, kuris dažniausiai žymimas p (o p skaitiniu būdu lygus F). Taigi mes turime

р = 2 Nmv

Nenuostabu, 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, norint apskaičiuoti naudojant molekulinė teorija dujų slėgį, turime žinoti tokias molekulių mikrokosmo charakteristikas: masę m, greitį v ir molekulių skaičių n tūrio vienete. Norėdami rasti šias molekulių mikro charakteristikas, turime nustatyti, nuo kokių makro pasaulio savybių priklauso dujų slėgis, t.y. eksperimentiškai nustatyti dujų slėgio dėsnius. Palyginus šiuos patyrę dėsniai Su dėsniais, apskaičiuotais naudojant molekulinę teoriją, galėsime nustatyti mikropasaulio charakteristikas, pavyzdžiui, dujų molekulių greitį.

Taigi, išsiaiškinkime, nuo ko priklauso dujų slėgis?

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

Antra, tai priklauso nuo to, kokia yra dujų temperatūra.

Paprastai slėgio pokytį iš karto sukelia abi priežastys: tūrio pokytis ir temperatūros pokytis. Bet galima realizuoti reiškinį taip, kad kintant tūriui temperatūra pasikeis nežymiai arba kintant temperatūrai tūris išliks praktiškai nepakitęs. Pirmiausia nagrinėsime šiuos atvejus, pirmiausia pateikę tokią pastabą.

Mes apsvarstysime dujas pusiausvyros būsenoje. Tai reiškia; kad dujose susidarė tiek mechaninė, tiek šiluminė pusiausvyra.

Mechaninė pusiausvyra reiškia, kad nevyksta judėjimas atskiros dalys dujų. Norėdami tai padaryti, būtina, kad dujų slėgis būtų vienodas visose jo dalyse, jei neatsižvelgsime į nedidelį slėgio skirtumą viršutiniame ir apatiniame dujų sluoksniuose, atsirandantį veikiant gravitacijai.

Šiluminė pusiausvyra reiškia, kad šiluma neperduodama iš vienos dujų dalies 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, su sąlyga, kad tam tikros dujų masės tūris išlieka pastovus. 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 tūris gali būti laikomas pastoviu. Šildydami vandenį inde, supančiame kolbą, termometru pažymėsime dujų temperatūrą , o atitinkamas slėgis – pagal manometrą . Pripildę indą tirpstančio ledo, išmatuokite slėgį, atitinkantį temperatūrą 0°С .

Tokio tipo eksperimentai parodė:

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

Kai šildomas t laipsnių, slėgio prieaugis bus t kartų didesnis, t.y. slėgio prieaugis proporcingas temperatūros padidėjimui.

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° V pastovus 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 tenkinamas tik apytiksliai, nors ir labai dideliu tikslumu.

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 Yra 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 esant stipriai suslėgtų dujų Charleso įstatymas netaikomas ir 1 formulė nustoja galioti.

Charleso dėsnis molekulinės teorijos požiūriu

Kas nutinka molekulių mikrokosme, kai keičiasi dujų temperatūra, pavyzdžiui, kai pakyla dujų temperatūra ir didėja jų slėgis? Molekulinės teorijos požiūriu, yra dvi galimos tam tikrų dujų slėgio padidėjimo priežastys: pirma, molekulių smūgių skaičius gali padidėti 1 cm 2 per 1 sek.; antra, judesio kiekis, perduodamas, kai viena molekulė atsitrenkia į sieną, gali padidėti. Dėl abiejų priežasčių reikia padidinti molekulių greitį. Iš čia tampa aišku, kad dujų temperatūros padidėjimas (makrokosme) yra vidutinio atsitiktinio molekulių judėjimo greičio padidėjimas (mikrokosme). Dujų molekulių greičių nustatymo eksperimentai, apie kuriuos kalbėsiu šiek tiek toliau, patvirtina šią išvadą.

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

Keičiasi dujų temperatūra, kai keičiasi jų tūris. 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 tūrio, kurį jos užima, jei temperatūra nesikeičia. Tačiau prieš pereidami prie šio klausimo, turime išsiaiškinti, kaip palaikyti pastovią dujų temperatūrą. Tam reikia ištirti, kas atsitinka su dujų temperatūra, jei jų tūris pasikeičia taip greitai, kad šilumos mainai tarp dujų ir aplinkinių kūnų praktiškai nevyksta.

Atlikime šį eksperimentą. Į storasienį iš skaidrios medžiagos vamzdelį, uždarytą vienu galu, dedame vatą, šiek tiek suvilgytą eteriu, ir taip vamzdžio viduje susidarys eterio garų ir oro mišinys, kuris kaitinant sprogsta. Tada greitai įstumkite tvirtai priglundantį stūmoklį į vamzdelį. Pamatysime, kad vamzdžio viduje įvyks nedidelis sprogimas. Tai reiškia, kad suspaudus eterio garų ir oro mišinį, mišinio temperatūra smarkiai pakilo. Šis reiškinys yra gana suprantamas. Dujų suspaudimas išorinė jėga, atliekame darbus, dėl kurių dujų vidinė energija turėjo padidėti; Taip ir atsitiko – dujos įkaito.

Dabar leiskime dujoms plėstis ir dirbkime prieš išorines slėgio jėgas. Tai galima padaryti. Palikite dideliame butelyje kambario temperatūros suslėgto oro. Sujungę buteliuką su lauko oru, suteiksime galimybę butelyje esančiam orui plėstis, palikdami mažąjį. 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, nubėgs link kolbos, o tai taip pat rodys oro temperatūros sumažėjimą sraute. Tai reiškia, kad 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.

Jei pasuktume į mikrokosmosą, tai gana aiškūs taps dujų šildymo reiškiniai suspaudimo metu ir aušinimo reiškiniai plėtimosi metu. 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 ir atšoka nuo jos artėjančio stūmoklio, jos greitis ir kinetinė energija yra didesni nei prieš atsitrenkiant į stūmoklį (taip pat, kaip padidėja teniso kamuoliuko greitis, jei rakete smogiama priešinga kryptimi). Artėjantis stūmoklis perduoda papildomą energiją nuo jo atsispindėjusiai molekulei. Todėl suspaudimo metu dujų vidinė energija didėja. Atsimušant nuo besitraukiančio stūmoklio, molekulės greitis mažėja, nes molekulė veikia stumdama besitraukiantį stūmoklį. Todėl dujų išsiplėtimas, susijęs su stūmoklio ar aplinkinių dujų sluoksnių atitraukimu, yra lydimas darbo ir dėl to sumažėja dujų vidinė energija.

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

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

Grįžkime prie skyriaus pradžioje pateikto klausimo. Kaip užtikrinti pastovią dujų temperatūrą, nepaisant jų tūrio pokyčių? Akivaizdu, kad tam reikia nuolat perduoti šilumą dujoms iš išorės, jei jos plečiasi, ir nuolat šalinti 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, šiluma, atvirkščiai, perduodama iš dujų į aplinkinius kūnus, todėl jų temperatūra pakyla tik nežymiai.

Procesai, kurių metu palaikoma pastovi temperatūra, vadinami izoterminis.

Boilio dėsnis – Mariotė

Dabar pereikime prie išsamesnio klausimo, kaip keičiasi tam tikros dujų masės slėgis, jei jų temperatūra nesikeičia ir keičiasi tik dujų tūris, tyrimo. Jau išsiaiškinome, kad tai 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 aplinkinių kūnų temperatūros. .

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. Pavyzdys yra elastingumo padidėjimas pripučiant futbolo kamuolį, dviračio ar automobilio padangą. Kyla klausimas: kaip Ar dujų slėgis didėja mažėjant tūriui, jei dujų temperatūra nesikeičia?

Atsakymą į šį klausimą davė tyrimas, atliktas m XVII a Anglų fizikas ir chemikas Robertas Boyle'as (1627-1691) ir prancūzų fizikas Edenas Marriotas (1620-1684).

Eksperimentus, nustatančius ryšį tarp dujų tūrio ir slėgio, galima atkurti: ant vertikalaus stovo , įrengti skyriai, yra stikliniai vamzdžiai A Ir IN, sujungtas guminiu vamzdeliu C. Į vamzdelius pilamas gyvsidabris. Vamzdis B yra atviras viršuje, o vamzdis A turi čiaupą. Užsukime šį čiaupą, taip užfiksuodami tam tikrą oro masę vamzdelyje A. Kol nejudiname vamzdelių, gyvsidabrio lygis abiejuose vamzdeliuose yra vienodas. Tai reiškia, kad vamzdyje įstrigusio oro slėgis A, toks pat kaip ir aplinkos oro slėgis.

Dabar lėtai pakelkime ragelį IN. Pamatysime, kad gyvsidabris abiejuose vamzdeliuose kils, bet ne vienodai: vamzdyje IN gyvsidabrio lygis visada bus didesnis nei A. Jei nuleisite vamzdelį B, gyvsidabrio lygis abiejose alkūnėse sumažės, bet vamzdyje IN sumažėjimas didesnis nei in A.

Vamzdyje įstrigusio oro tūris A, galima skaičiuoti vamzdžių padalomis A.Šio oro slėgis nuo atmosferos skirsis gyvsidabrio stulpelio slėgio dydžiu, kurio aukštis lygus gyvsidabrio lygių skirtumui vamzdeliuose A ir B. At. pakeldamas ragelį IN gyvsidabrio kolonėlės slėgis pridedamas prie atmosferos slėgio. Oro tūris A mažėja. Kai ragelis nukrenta IN gyvsidabrio lygis jame pasirodo mažesnis nei A, o gyvsidabrio stulpelio slėgis atimamas iš atmosferos slėgio; atitinkamai didėja oro tūris A.

Palyginę tokiu būdu gautas vamzdyje A užrakinto slėgio ir oro tūrio vertes, įsitikinsime, kad tam tikros masės oro tūriui padidėjus tam tikrą skaičių kartų, jo slėgis sumažėja tiek pat, ir atvirkščiai. Mūsų eksperimentuose oro temperatūra vamzdyje gali būti laikoma pastovia.

Panašūs eksperimentai gali būti atliekami su kitomis dujomis. Rezultatai yra 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.

Boyle-Mariotte dėsnį išreiškianti formulė.

(2)

Grafikas, išreiškiantis Boyle-Mariotte dėsnį.

Fizikoje ir technikoje dažnai naudojami grafikai, parodantys dujų slėgio priklausomybę nuo jų tūrio. Nubraižykime tokį izoterminio proceso grafiką. 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 dėsniu, 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:

Šių duomenų nubrėžimas brėžinyje taškų pavidalu, kurių abscisės yra V reikšmės, o ordinatės yra atitinkamos reikšmės R, gauname izoterminio proceso dujose kreivinę linijinę grafiką (pav. aukščiau).

Dujų tankio ir jų slėgio ryšys

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, dujų tankis padidės penkis kartus. Tuo pačiu metu padidės dujų slėgis; jei temperatūra nesikeičia, tai, kaip rodo Boyle-Mariotte dėsnis, slėgis taip pat padidės penkis kartus. Iš šio pavyzdžio aišku, kad izoterminio proceso metu dujų slėgis kinta tiesiogiai proporcingai jų tankiui.

Nurodytas dujų tankis esant slėgiui ir naudodami raides ir , galime rašyti:

Šis svarbus rezultatas gali būti laikomas dar viena ir reikšmingesne 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 įeina dujų tankis, kuris, kaip ir slėgis, apibūdina dujų būseną ir visiškai nepriklauso nuo atsitiktinio jo masės pasirinkimo.

Molekulinis Boyle'o dėsnio aiškinimas – Mariotte.

Ankstesniame skyriuje, remiantis Boyle-Mariotte dėsniu, išsiaiškinome, kad esant pastoviai temperatūrai, dujų slėgis yra proporcingas jų tankiui. Jei dujų tankis keičiasi, 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 greitis molekulės laikui bėgant nesikeičia (jau matėme, kad makrokosme tai reiškia pastovią temperatūrą), tada dujų slėgis turi būti proporcingas molekulių skaičiui 1 cm 3 , y., dujų tankis. Taigi Boyle-Mariotte įstatymas puikiai patvirtina mūsų idėjas apie dujų struktūrą.

Tačiau Boyle-Marriott įstatymas nustoja 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 molekulių smūgių į sieną skaičių, nes sumažina atstumą, kurį molekulė turi nuskristi, kad pasiektų sieną.

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

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 išsiaiškinkime, kaip elgiasi dujos, jei keičiasi jų temperatūra ir tūris, bet slėgis išlieka pastovus.

Jei žinotume, kaip mūsų eksperimento metu pasikeitė oro temperatūra inde, ir tiksliai išmatuotume, kaip keičiasi dujų tūris, galėtume ištirti šį reiškinį kiekybiniu požiūriu. Akivaizdu, kad norint tai padaryti, būtina indą uždengti apvalkalu, įsitikinant, kad visos prietaiso dalys yra vienodos temperatūros, tiksliai išmatuoti įstrigusios dujų masės tūrį, tada pakeisti šią temperatūrą ir išmatuoti prieaugį dujų tūris.

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 naudojant tūrio plėtimosi koeficientą b. Paaiškėjo, kad dujoms šio dėsnio laikomasi daug geriau nei kietosioms medžiagoms ir skysti kūnai, kad dujų tūrinio plėtimosi koeficientas būtų praktiškai pastovus net ir labai smarkiai padidėjus temperatūrai, o skysčių ir kietosios medžiagos Tai; 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 . Taigi, adresu kaitinant esant pastoviam slėgiui 1°, tam tikros masės dujų tūris padidėja tūris, kurį ši dujų masė užėmė 0°C (Gėjaus dėsnis - Lussac ).

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

Reikėtų pažymėti, kad šiluminis plėtimasis dujų yra gana reikšmingas, todėl dujų tūris 0°C temperatūroje pastebimai skiriasi nuo tūrio kitoje, pavyzdžiui, kambario temperatūroje. Todėl, kaip jau minėta, dujų atveju neįmanoma pakeisti tūrio formulėje (4) 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 . Vadinasi, tūrio plėtimosi koeficientas

Kur (5)

Formulė (6) gali būti naudojama apskaičiuojant 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 dėsnis negalioja, kai dujos yra labai suslėgtos arba taip atvėsusios, kad artėja prie suskystėjimo. Šiuo atveju formulės (6) naudoti negalima.

Grafikai, išreiškiantys Charleso ir Gay-Lussac dėsnius

Nubraižysime pastoviame tūryje esančių dujų temperatūrą išilgai abscisių ašies, o jų slėgį – išilgai ordinačių ašies. Tegul dujų slėgis 0 °C temperatūroje yra 1 kg|cm 2 . Naudodami Charleso dėsnį galime apskaičiuoti jo slėgį esant 100 0 C, 200 ° C, 300 ° C ir kt.

Pavaizduokime šiuos duomenis grafike. Gausime pasvirusią tiesią liniją. Šią diagramą galime tęsti link neigiamos temperatūros. Tačiau, kaip jau buvo nurodyta, Charleso dėsnis taikomas tik ne žemoms temperatūroms, todėl grafiko tęsinys iki susikirtimo su abscisių ašimi, ty iki taško, kur slėgis lygus nuliui, neatitiks tikrų dujų elgesys.

Absoliuti temperatūra

Nesunku pastebėti, kad pastovaus tūrio dujų slėgis nėra tiesiogiai proporcingas temperatūrai, išmatuotai pagal Celsijaus skalę. Tai aišku, pavyzdžiui, iš lentelės, pateiktos ankstesniame skyriuje. Jei 100°C temperatūroje dujų slėgis lygus 1,37 kg 1 cm 2 , tada 200° C temperatūroje lygi 1,73 kg/cm 2 . Celsijaus termometru išmatuota temperatūra padvigubėjo, tačiau dujų slėgis padidėjo tik 1,26 karto. Žinoma, čia nėra nieko stebėtino, nes Celsijaus termometro skalė nustatoma savavališkai, be jokio ryšio su dujų plėtimosi dėsniais. Tačiau naudojant dujų įstatymus galima nustatyti tokią temperatūros 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. Atsižvelgiant į tai, ši nauja skalė vadinama skalė absoliučios temperatūros. Taigi absoliutus nulis rodo temperatūrą, lygią -273 °C, ir reiškia temperatūrą, žemiau kurios joks kūnas jokiomis aplinkybėmis negali būti vėsinamas. Temperatūra, išreikšta 273°+, reiškia absoliučią kūno temperatūrą, kurios temperatūra Celsijaus skalėje yra lygi. Absoliuti temperatūra paprastai žymima raide T. Taigi 273 o + = . Absoliuti temperatūros skalė dažnai vadinama Kelvino skale ir rašoma T° K. Remiantis tuo, kas pasakyta

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

(6) formulę patogu naudoti ir tuo atveju, kai slėgis 0°C temperatūroje 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, bet slėgis nesikeičia?

Prisiminkite, kad tankis yra lygus kūno masei, padalytai iš tūrio. Kadangi dujų masė yra pastovi, kaitinant dujų tankis mažėja tiek kartų, kiek didėja 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 – dujų tankiai esant temperatūroms ir , Tai yra santykis

Vieningas dujų įstatymas

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 lygūs 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 bus žymimas P vid. . Tada temperatūra pasikeitė iš T 1 į T 2 esant pastoviam tūriui, o slėgis pasikeitė iš P avg į P 2 . Padarykime lentelę:

Boilio dėsnis – Mariotė

P 1 V 1 t 1

P cp V 2 T 1

Charleso įstatymas

P cp V 2 T 1

Taikydami Boyle-Mariotte dėsnį pirmajam perėjimui, rašome

Pritaikę Charleso dėsnį antrajam perėjimui, galime rašyti

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

(10)

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

Teisė Daltonas

Iki šiol kalbėdavome apie bet kurių dujų – deguonies, vandenilio ir tt – slėgį. Tačiau gamtoje ir technologijose labai dažnai susiduriame su kelių dujų mišiniu. Dauguma svarbus pavyzdys Tai oras, kuris yra azoto, deguonies, argono, anglies dioksido ir kitų dujų mišinys. Nuo ko priklauso spaudimas? mix-si dujos?

Į kolbą įdėkime gabalėlį medžiagos, kuri chemiškai suriša deguonį iš oro (pavyzdžiui, fosforo), ir greitai užkimšame 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 kitos dujos būtų pašalintos iš tūrio. mišinio užimamas vadinamas dalinis slėgisšios dujos. Daltonas tai nustatė dujų mišinio slėgis lygus jų dalinių slėgių sumai(Daltono dėsnis). Atkreipkite dėmesį, kad Daltono dėsnis netaikomas labai suslėgtoms dujoms, kaip ir Boyle-Mariotte dėsnis.

Aš jums papasakosiu šiek tiek toliau, kaip interpretuoti Daltono dėsnį molekulinės teorijos požiūriu.

Dujų tankiai

Dujų tankis yra viena iš svarbiausių jo savybių charakteristikų. Kalbėdami apie dujų tankį, dažniausiai turime omenyje jų tankį normaliomis sąlygomis(t. y. esant 0 ° C temperatūrai ir 760 laipsnių slėgiui mm Hg 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

Dujų tankį galima nustatyti taip. Kolbą pasverkime čiaupu du kartus: vieną kartą išsiurbdami iš jos kuo daugiau oro, o kitą kartą pripildydami kolbą tiriamųjų dujų iki tokio slėgio, kuris turėtų būti žinomas. 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 (10) formulę įdėkime P 2 == P n, V 2 = V n, T 2 = T n ir, padaugindami skaitiklį ir vardiklį

dujų masės m formulę gauname:

Taigi, atsižvelgiant į tai, ką radome:

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 priešpaskutinėje lentelės skiltyje 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 reikšminga išvada. Kadangi molekulinės masės yra susijusios su molekulių masėmis, tada

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

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

nurodantis tūryje esančių pirmosios ir antrosios dujų molekulių skaičių V, raides N 1 ir N 2, tai galime parašyti Bendras svoris dujų yra lygus 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 , rasime

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

Šį dėsnį, remdamasis cheminiais tyrimais, atrado italų chemikas Amedeo Avogadro (1776-1856). Tai reiškia dujas, kurios nėra labai 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 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 galite padidinti dujų slėgį pridedant kitų dujų molekulių į tą patį tūrį, o jei pridėtų molekulių skaičius yra toks pat kaip pirmuoju atveju, tada tas pats. bus pasiektas slėgio padidėjimas. Akivaizdu, kad Daltono dėsnis yra tiesioginė Avogadro dėsnio pasekmė.

Gramo molekulė. Avogadro numeris.

Skaičius, nurodantis dviejų molekulių masių santykį, taip pat rodo dviejų medžiagos dalių, kuriose yra toks pat molekulių skaičius, masių santykį. Todėl 2 g vandenilio (Ha molekulinė masė yra 2), 32 G deguonies (molekulinė masė Od yra 32) ir 55,8 G geležis (jos molekulinė masė sutampa su atomine mase, 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 išdėstyta pirmiau, matyti, kad apgamuose yra įvairių medžiagų tiek pat molekulių. Todėl dažnai pasirodo, kad apgamą patogu naudoti kaip specialų vienetą, kuriame yra skirtingas numeris gramų skirtingoms medžiagoms, bet tiek pat molekulių.

Molekulių skaičius viename medžiagos molyje, vadinamas Avogadro numeris yra svarbus fizinis dydis. Buvo atlikta daugybė įvairių tyrimų, siekiant nustatyti Avogadro skaičių. Jie susiję su Browno judėjimu, elektrolizės reiškiniais ir daugeliu kitų. Šie tyrimai davė gana nuoseklių rezultatų. Šiuo metu priimta, kad Avogadro skaičius yra lygus

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

Taigi, 2 g vandenilio, 32 g deguonies ir tt kiekviename yra 6,02 * 10 23 molekulės. Norėdami įsivaizduoti šio skaičiaus milžiniškumą, įsivaizduokite 1 milijono kvadratinių kilometrų dykumą, padengtą 600 storio smėlio sluoksniu. m. Tada, jei kiekvieno smėlio grūdelio tūris yra 1 mm 3 , Tai iš viso smėlio grūdeliai dykumoje bus lygūs 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.

Taigi, Bet kurių dujų molio tūris normaliomis sąlygomis yra lygus 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. Prisiminkime, kad dėl nenutrūkstamų susidūrimų kiekvienos atskiros molekulės greitis nuolat kinta: molekulė juda kartais greitai, kartais lėtai, o kurį laiką molekulės greitis įgauna daug skirtingų reikšmių. Kita vertus, bet kuriuo momentu didžiuliame skaičiuje molekulių, sudarančių nagrinėjamą dujų tūrį, yra molekulių, kurių greitis labai skiriasi. Akivaizdu, kad norėdami apibūdinti dujų būseną, turime kalbėti apie kai kuriuos Vidutinis greitis. Galime daryti prielaidą, 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 samprotavimais, kurie leidžia apskaičiuoti vidutinį dujų molekulių greitį.

Dujų slėgis yra proporcingas Penkv 2 , Kur T - molekulinė 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 kinetinė energija dujų molekulių. 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 matyti, vidutiniai molekulių greičiai yra labai reikšmingi. Kambario temperatūroje jie paprastai pasiekia šimtus metrų per sekundę. Dujose vidutinis molekulių greitis yra maždaug pusantro karto didesnis už garso greitį 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 kuriuo 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 iš pradžių viena, paskui kita kryptimi, dažniausiai susispietę 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 greičių skirtumas skirtingos molekulės dėl jų masių skirtumo. Šią aplinkybę patvirtina nemažai pastebėjimų. Pavyzdžiui, vandenilis pro siauras angas (poras) prasiskverbia greičiau nei deguonis ar azotas. Tai galite sužinoti iš tokios patirties.

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

Tiek oro molekulės (iš piltuvo vidaus po stiklu), tiek vandenilio molekulės (iš po stiklo į piltuvą) gali prasiskverbti pro siauras poras inde ar popieriuje. Tačiau šių procesų greitis skiriasi. Molekulinių dydžių skirtumas šiuo atveju nevaidina reikšmingo vaidmens, nes skirtumas yra mažas, ypač lyginant su porų dydžiais: 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 įsiskverbimo pro porėtą sienelę greitis paaiškinamas didesniu jo molekulių judėjimo greičiu. Todėl vandenilio molekulės greičiau prasiskverbia iš stiklo į piltuvą. Dėl to piltuvėlyje kaupiasi molekulės, didėja slėgis ir dujų mišinys išeina burbuliukų pavidalu.

Tokie prietaisai naudojami aptikti, ar ore yra kasyklų dujų, kurios gali sukelti sprogimą kasyklose.

Dujų šiluminė talpa

Tarkime, kad turime 1 G dujų. Kiek jai reikia tiekti šilumos, kad jos temperatūra pakiltų 1°C, kitaip tariant, kiek specifinė dujų šiluminė galia? Kaip rodo patirtis, į šį klausimą negalima vienareikšmiškai atsakyti. Atsakymas priklauso nuo sąlygų, kuriomis šildomos dujos. Jei jo tūris nesikeičia, tada dujoms šildyti reikia tam tikro šilumos kiekio; Tuo pačiu metu didėja ir dujų slėgis. Jei šildymas atliekamas taip, kad jo slėgis nesikeičia, tada reikės kitokio, didesnio šilumos kiekio nei pirmuoju atveju; tai padidins dujų kiekį. 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. Iš visų šių specifinių šiluminių pajėgumų paprastai išskiriami du: savitoji šiluminė talpa esant pastoviam tūriui (C v ) Ir specifinė šiluminė talpa esant pastoviam slėgiui (C p ).

Norint nustatyti Cv, būtina pašildyti 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 dujų 1° esant pastoviam tūriui, tiekiama šiluma tik padidina vidinę dujų energiją. Norint pašildyti tą pačią dujų masę 1° esant pastoviam slėgiui, būtina joms perduoti šilumą, dėl kurios padidės ne tik vidinė dujų energija, bet ir bus atliekami darbai, susiję su dujų plėtimu. dujų. Norint gauti C p, prie C v reikšmės reikia pridėti kitą šilumos kiekį, ekvivalentišką darbui, atliekamam plečiant dujas.

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 savybių, kurias lemia temperatūros, slėgio ir ištirpusių dujų įtaka. Keisti fizines savybes apskaičiuojant naftos ir naftos dujų atsargas, projektuojant, plėtojant ir eksploatuojant naftos telkinius, atsižvelgiama į formavimo alyvas, susijusias su jų buvimo dariniuose termodinaminėmis sąlygomis.

Tankis degazuota alyva labai skiriasi - nuo 600 iki 1000 kg/m 3 ar 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 didėja, o padidėjus kitiems dviem veiksniams – mažėja. Pastarųjų veiksnių įtaka didesnė. Azoto arba anglies dioksido prisotintų alyvų tankis šiek tiek didėja didėjant slėgiui.

Ištirpusių dujų kiekio ir temperatūros įtaka stipresnė. Todėl dujų tankis galiausiai yra visada mažesnis tankis degazuotas aliejus ant paviršiaus. Didėjant slėgiui, naftos tankis žymiai sumažėja, tai yra dėl naftos prisotinimo dujomis. Slėgio padidėjimas virš naftos prisotinimo dujomis slėgio šiek tiek padidina alyvos tankį.

Formavimo vandenų tankiui, be slėgio, temperatūros ir ištirpusių dujų, didelę įtaką daro jų druskingumas. Kai druskų koncentracija formavimo vandenyje yra 643 kg/m3, jo tankis siekia 1450 kg/m3.

Tūrio koeficientas. 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 POV

čia VPL yra alyvos tūris rezervuaro sąlygomis; V POV - tos pačios alyvos tūris Atmosferos slėgis ir t=20°C po degazavimo.

Kadangi aliejus gali labai ištirpti didelis skaičius angliavandenilių dujos (net 1000 ir daugiau m 3 1 m 3 naftos), 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 suspaudžiamas skystis, mažėjant slėgiui šiek tiek plečiasi. Mažėjant slėgiui, iš alyvos palaipsniui išsiskiria dujos ir mažėja tūrio santykis. Padidėjus alyvos temperatūrai, pablogėja dujų tirpumas, todėl sumažėja tūrinis koeficientas

Klampumas. Vienas iš svarbiausios savybės aliejus yra klampumas. Į alyvos klampumą atsižvelgiama beveik visuose hidrodinaminiuose skaičiavimuose, susijusiuose su skysčio kėlimu per vamzdelius, šulinių praplovimu, šulinių produktų transportavimu per lauko vamzdžius ir dugno skylių formavimo zonų apdorojimu. įvairių metodų, taip pat atliekant skaičiavimus, susijusius su alyvos judėjimu rezervuare.

Rezervuaro alyvos klampumas labai skiriasi nuo paviršinės alyvos klampos, nes joje yra ištirpusių dujų ir ji yra tokiomis sąlygomis aukštas kraujo spaudimas ir temperatūros. Didėjant ištirpusių dujų kiekiui ir temperatūrai, alyvų klampumas mažėja.

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

Su paaukštinimu molekulinė masė Padidėja alyvos klampumas. Taip pat turi įtakos alyvos klampumui didelę įtaką jame esančių parafinų ir asfalto dervų kiekis, kaip taisyklė, didėja.

Alyvos suspaudimas. Aliejus turi elastingumą, ty gebėjimą keisti savo tūrį veikiant išoriniam slėgiui. Skysčio elastingumas matuojamas gniuždomumo 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 suspaudžiamumo 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 reikšminga suma ištirpusių dujų - iki 140*10 -10 1/Pa. Kaip aukštesnė temperatūra, tie didesnis koeficientas suspaudžiamumas.

Tankis.

Tankis paprastai reiškia medžiagos masę, esančios tūrio vienete. Atitinkamai, šio kiekio matmenys yra kg/m3 arba g/cm3.

ρ=m/V

Alyvos tankis rezervuaro sąlygomis mažėja dėl joje ištirpusių dujų ir dėl temperatūros padidėjimo. Tačiau slėgiui nukritus žemiau prisotinimo slėgio, alyvos tankio priklausomybė yra nemonotoniška, o slėgiui padidėjus virš prisotinimo slėgio, alyva suspaudžiama ir tankis šiek tiek padidėja.

Alyvos klampumas.

Klampumas apibūdina trinties jėgą (vidinę varžą), kuri susidaro tarp dviejų gretimų skysčio ar dujų sluoksnių paviršiaus ploto vienetui, kai jie juda tarpusavyje.

Nustatomas alyvos klampumas eksperimentiškai ant specialaus viskozimetro VVD-U. Viskoziometro veikimo principas pagrįstas metalinio rutulio kritimo į tiriamą skystį laiko matavimu.

Alyvos klampumas nustatomas pagal formulę:

μ = t (ρ w – ρ f) k

t – kamuoliuko kritimo laikas, s

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

k – viskozimetro konstanta

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

Minimali klampumo reikšmė atsiranda tada, kai slėgis darinyje tampa lygus darinio prisotinimo slėgiui.

Alyvos suspaudimas

Aliejus turi elastingumo. Elastinės savybės alyvos įvertinamos alyvos suspaudimo koeficientu. Alyvos suspaudimas reiškia skysčio gebėjimą pakeisti savo tūrį veikiant slėgiui:

β n = (1)

β n – alyvos suspaudimo koeficientas, MPa -1-

V n – pradinis alyvos tūris, m 3

∆V – alyvos tūrio matavimas veikiant 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 koeficientas

Tūrinis koeficientas suprantamas kaip vertė, parodanti, kiek kartų naftos tūris rezervuaro sąlygomis viršija tos pačios alyvos tūrį, kai dujos išleidžiamos į paviršių.

in = V pl /V pinigai

c – tūrinis koeficientas

Vpl ir Vdeg – rezervuaro ir išdujintos alyvos tūriai, m 3

Kai slėgis sumažėja nuo pradinio rezervuaro p 0 iki prisotinimo slėgio (ab segmentas), tūrinis koeficientas kinta mažai, nes nafta su joje ištirpusiomis dujomis šioje srityje elgiasi kaip paprastas silpnai suspaudžiamas skystis, mažėjant slėgiui šiek tiek plečiasi.

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