Sıcaklık ve basıncın gaz yoğunluğu üzerindeki etkisi Damlacık sıvılardan farklı olarak gazlar, önemli ölçüde sıkıştırılabilirlik ve yüksek değerler termal genleşme katsayısı. Gaz yoğunluğunun basınç ve sıcaklığa bağımlılığı durum denklemi ile belirlenir. En basit özellikler Molekülleri arasındaki etkileşimin dikkate alınamayacağı kadar seyrekleştirilmiş bir gaza sahiptir. Bu, Mendeleev-Clapeyron denkleminin geçerli olduğu ideal (mükemmel) bir gazdır:

Sıcaklık ve basıncın gaz yoğunluğu üzerindeki etkisi p - mutlak basınç; R - spesifik gaz sabiti, farklı gazlar için farklıdır, ancak sıcaklık ve basınçtan bağımsızdır (hava için R = 287 J / (kg · K); T - mutlak sıcaklık. Gerçek gazların sıvılaşmadan uzak koşullardaki davranışı, Mükemmel gazların davranışı ve onlar için geniş sınırlar dahilinde mükemmel gazların durum denklemleri kullanılabilir.

Sıcaklık ve basıncın gaz yoğunluğuna etkisi Teknik hesaplamalarda gaz yoğunluğu genellikle normal olarak verilir. fiziksel koşullar: T=20°C; p = 101325 Pa. Bu koşullardaki hava için ρ=1,2 kg/m3 Diğer koşullardaki hava yoğunluğu aşağıdaki formülle belirlenir:

Sıcaklık ve basıncın gaz yoğunluğuna etkisi Bu formüle göre izotermal süreç(T = sabit): Adyabatik bir süreç, harici ısı değişimi olmadan gerçekleşen bir süreçtir. Adyabatik bir süreç için k=ср/сv gazın adyabatik sabitidir; cf - ısı kapasitesi, gaz sabit basınç; cv - aynı, sabit hacimde.

Sıcaklık ve basıncın gaz yoğunluğu üzerindeki etkisi Hareketli bir akışta yoğunluktaki değişimin basınçtaki değişime bağımlılığını belirleyen önemli bir özellik, ses yayılma hızıdır a. İÇİNDE homojen ortam sesin yayılma hızı şu ifadeyle belirlenir: Hava için a = 330 m/s; karbondioksit için 261 m/s.

Sıcaklık ve basıncın gaz yoğunluğu üzerindeki etkisi Bir gazın hacmi büyük ölçüde sıcaklık ve basınca bağlı olduğundan, damlacık sıvıları üzerinde yapılan çalışmalardan elde edilen sonuçlar, yalnızca, söz konusu olgunun sınırları dahilinde, gaz yoğunluğundaki değişiklikler olması durumunda gazlara genişletilebilir. basınç ve sıcaklık önemsizdir. 3 Yüksek hızlarda hareket ettiklerinde gazların yoğunluğunda önemli bir değişikliğe neden olan önemli basınç farklılıkları ortaya çıkabilir. Hareketin hızı ile sesin hızı arasındaki ilişki, her özel durumda sıkıştırılabilirliğin hesaba katılması gerektiğine karar verilmesini sağlar.

Sıcaklık ve basıncın gaz yoğunluğu üzerindeki etkisi Bir sıvı veya gaz hareket ediyorsa sıkıştırılabilirliği değerlendirmek için ses hızının mutlak değerini değil Mach sayısını kullanırlar, orana eşit akış hızının ses hızına oranı. M = ν/a Eğer Mach sayısı birden önemli ölçüde küçükse, o zaman damlacık sıvı veya gazın pratik olarak sıkıştırılamaz olduğu düşünülebilir.

Gaz dengesi Gaz kolonunun yüksekliği düşükse, yoğunluğunun kolonun yüksekliği boyunca aynı olduğu düşünülebilir: bu durumda bu kolonun yarattığı basınç, hidrostatiğin temel denklemiyle belirlenir. Şu tarihte: yüksek irtifa Bir hava kolonunun farklı noktalardaki yoğunluğu artık aynı olmadığından hidrostatik denklem bu durumda geçerli değildir.

Gaz dengesi Mutlak durgunluk durumu için diferansiyel basınç denklemini göz önünde bulundurarak ve yoğunluk değerini bunun içine koyarak, bu denklemi entegre etmek için hava sütununun yüksekliği boyunca hava sıcaklığındaki değişim yasasını bilmek gerekir. . Sıcaklıktaki değişimi yüksekliğin veya basıncın basit bir fonksiyonu olarak ifade etmek mümkün olmadığından denklemin çözümü yalnızca yaklaşık olabilir.

Gaz dengesi Atmosferin ayrı katmanları için, yüksekliğe (ve bir maden derinliğine) bağlı olarak sıcaklıktaki değişimin aşağıdakilere göre gerçekleştiği yeterli doğrulukla varsayılabilir: doğrusal yasa: T = T 0 +αz, burada T ve T 0 sırasıyla yükseklik (derinlik) z'deki ve dünya yüzeyindeki mutlak hava sıcaklığıdır. α, artan yükseklikle birlikte hava sıcaklığındaki değişimi karakterize eden sıcaklık gradyanıdır (- α) veya 1 m'de derinlik (+α), K/m.

Gaz dengesi α katsayısının değerleri, atmosferdeki yükseklik veya madendeki derinlik boyunca farklı alanlarda farklıdır. Ayrıca meteorolojik koşullara, yılın zamanına ve diğer faktörlere de bağlıdırlar. Troposfer içindeki sıcaklığı belirlerken (yani 11000 m'ye kadar), genellikle α = 0,0065 K/m alınır. derin madenlerα'nın ortalama değeri kuru gövdeler için 0,004÷ 0,006 K/m, ıslak olanlar için - 0,01 olarak alınır.

Gaz dengesi Sıcaklık değişimi formülünü diferansiyel basınç denkleminde yerine koyup entegre edersek şunu elde ederiz: Denklem H için çözülür, yerine doğal logaritmalar ondalık sayı, α - sıcaklık yoluyla denklemden elde edilen değeri, R - 287 J/ (kg K)'ye eşit hava değeri; ve g = 9,81 m/s2 yerine koyun.

Gaz dengesi Bu eylemlerin bir sonucu olarak elde ederiz barometrik formülН = 29, 3(Т-Т 0)(log p/p 0)/(log. T 0/T) ve ayrıca n'nin formülle belirlendiği basıncı belirleme formülü

BORULARDAKİ GAZLARIN SABİT HAREKETİ Jeodezik yükseklikteki değişimin piyezometrik basınçtaki değişimle karşılaştırıldığında küçük olması koşuluyla, çapı d olan dairesel bir borunun dx uzunluğundaki bir elemanı için mekanik formda enerjinin korunumu yasası şu şekildedir: kayıplar özgül enerji sürtünme için Darcy-Weisbach formülüne göre alınır Sabit politropik indeksi n = const olan bir politropik işlem için ve entegrasyondan sonra λ = const varsayımı altında, gaz boru hattı boyunca basınç dağılımı yasası elde edilir

GAZLARIN BORULARDA SABİT HAREKETİ Bu nedenle ana gaz boru hatları için kütle akışı formülü yazılabilir.

GAZLARIN BORULARDAKİ SABİT HAREKETİ M ω n = 1 olduğunda formüller sabit izotermal gaz akışı için geçerlidir. Reynolds sayısına bağlı olarak gaz için hidrolik direnç katsayısı λ, sıvı akışı için kullanılan formüller kullanılarak hesaplanabilir.

Gerçek hareket ederken hidrokarbon gazları izotermal bir işlem için, doğal hidrokarbon gazlarının sıkıştırılabilirlik katsayısı z'nin deneysel eğrilerden veya analitik olarak yaklaşık durum denklemlerinden belirlendiği bir durum denklemi kullanılır.

ω

Telif hakkı L.Kourenkov

Gazların özellikleri

Gaz basıncı

Gaz her zaman geçilemeyen duvarlarla sınırlı bir hacmi doldurur. Örneğin, bir gaz silindiri veya bir araba lastiğinin iç lastiği neredeyse eşit bir şekilde gazla doldurulur.

Genleşmeye çalışan gaz, temas ettiği silindirin, lastik borularının veya katı veya sıvı herhangi bir başka cismin duvarlarına baskı uygular. Gemilerin olağan boyutlarıyla basıncı yalnızca önemsiz bir şekilde değiştiren Dünya'nın yerçekimi alanının etkisini hesaba katmazsak, o zaman gemideki gaz basıncı dengede olduğunda, bize tamamen tekdüze görünüyor. Bu açıklama makrokozmos için geçerlidir. Kaptaki gazı oluşturan moleküllerin mikrokozmosta neler olduğunu hayal edersek, basıncın düzgün bir dağılımından söz edilemez. Duvar yüzeyinin bazı yerlerinde gaz molekülleri duvarlara çarpıyor, bazı yerlerde ise herhangi bir etki olmuyor. Bu resim kaotik bir şekilde sürekli değişiyor. Gaz molekülleri damarların duvarlarına çarpar ve ardından neredeyse molekülün çarpışmadan önceki hızına eşit bir hızla uçup gider. Çarpma üzerine molekül duvara mv'ye eşit miktarda hareket aktarır; burada m molekülün kütlesi ve v ise hızıdır. Duvardan yansıyan molekül, ona aynı miktarda mv hareket kazandırır. Böylece, her darbede (duvara dik) molekül kendisine 2mv'ye eşit miktarda hareket aktarır. 1 saniyede duvarın 1 cm2'si başına N darbe varsa, buna aktarılan toplam hareket miktarı. duvar kesiti 2Nmv'ye eşittir. Newton'un ikinci yasasına göre, bu hareket miktarı, duvarın bu bölümüne etki eden F kuvveti ile bu kuvvetin etki ettiği sürenin çarpımına eşittir. Bizim durumumuzda t = 1 sn. Yani F=2Nmv, 1 cm2 duvarlara etki eden bir kuvvet vardır, yani. genellikle p ile gösterilen basınç (ve p sayısal olarak F'ye eşittir). Yani elimizde

р=2Nmv

1 saniyedeki darbe sayısının moleküllerin hızına ve birim hacimdeki n molekül sayısına bağlı olması hiç de akıllıca değil. Çok sıkıştırılmamış bir gaz için N'nin n ve v ile orantılı olduğunu varsayabiliriz; p, nmv 2 ile orantılıdır.

Dolayısıyla, moleküler teoriyi kullanarak gaz basıncını hesaplamak için moleküllerin mikrokozmosunun aşağıdaki özelliklerini bilmemiz gerekir: kütle m, hız v ve birim hacim başına molekül sayısı n. Moleküllerin bu mikro özelliklerini bulmak için, gaz basıncının makro dünyanın hangi özelliklerine bağlı olduğunu belirlememiz gerekir; Deneysel olarak gaz basıncı yasalarını oluşturur. Bunları karşılaştırmak deneyimli yasalar Moleküler teori kullanılarak hesaplanan yasalarla mikro dünyanın özelliklerini, örneğin gaz moleküllerinin hızını belirleyebileceğiz.

Öyleyse gaz basıncının neye bağlı olduğunu belirleyelim mi?

İlk olarak, gaz sıkıştırma derecesi, yani. belirli bir hacimde kaç tane gaz molekülünün bulunduğuna bağlıdır. Örneğin bir lastiği şişirerek veya sıkarak gazı iç lastiğin duvarlarına daha fazla baskı yapmaya zorlarız.

İkincisi, gazın sıcaklığının ne olduğuna bağlıdır.

Tipik olarak, basınçtaki bir değişiklik aynı anda her iki nedenden kaynaklanır: hacimdeki bir değişiklik ve sıcaklıktaki bir değişiklik. Ancak bu olguyu, hacim değiştiğinde sıcaklığın ihmal edilebilir düzeyde değişeceği veya sıcaklık değiştiğinde hacmin pratikte değişmeden kalacağı şekilde gerçekleştirmek mümkündür. Öncelikle aşağıdaki açıklamayı yaptıktan sonra bu durumları ele alacağız.

Doğalgazı değerlendireceğiz denge durumunda. Bu şu anlama gelir; gazda hem mekanik hem de termal dengenin kurulduğunu gösterir.

Mekanik denge, hiçbir hareketin meydana gelmediği anlamına gelir bireysel parçalar gaz. Bunun için yerçekiminin etkisi altında gazın üst ve alt katmanlarında oluşan hafif basınç farkını ihmal edersek, gaz basıncının tüm kısımlarında aynı olması gerekir.

Termal denge, gazın bir kısmından diğerine ısı transferinin olmadığı anlamına gelir. Bunu yapmak için, gazın tüm hacmindeki sıcaklığın aynı olması gerekir.

Gaz basıncının sıcaklığa bağımlılığı

Belirli bir gaz kütlesinin hacminin sabit kalması koşuluyla, gaz basıncının sıcaklığa bağımlılığını bularak başlayalım. Bu çalışmalar ilk kez 1787 yılında Charles tarafından gerçekleştirilmiştir. Bu deneyler, gazı dar kavisli bir tüp şeklinde bir cıva manometresine bağlı büyük bir şişede ısıtmak suretiyle basitleştirilmiş bir biçimde tekrarlanabilir.

Isıtıldığında şişenin hacmindeki önemsiz artışı ve dar bir manometrik tüp içinde cıvanın yeri değiştirildiğinde hacimdeki önemsiz değişikliği ihmal edelim. Bu nedenle gazın hacmi sabit kabul edilebilir. Şişeyi çevreleyen kaptaki suyu ısıtarak gazın sıcaklığını bir termometre kullanarak not edeceğiz. , ve ilgili basınç - manometreye göre . Kabı eriyen buzla doldurduktan sonra sıcaklığa karşılık gelen basıncı ölçün. 0°C .

Bu tür deneyler aşağıdakileri gösterdi:

1. Belirli bir gaz kütlesinin 1° ısıtıldığında basıncındaki artış, bu gaz kütlesinin 0°C sıcaklıkta sahip olduğu basıncın belirli bir kısmıdır. 0°C'deki basınç P ile gösterilirse, 1°C ısıtıldığında gaz basıncındaki artış aP'dir.

t derece ısıtıldığında basınç artışı t kat daha fazla olacaktır, yani basınç artışı sıcaklık artışıyla doğru orantılıdır.

2. 0°C'de gaz basıncının 1° ısıtıldığında basıncın hangi kısmı kadar arttığını gösteren a değeri, tüm gazlar için aynı değere (daha kesin olarak hemen hemen aynı) sahiptir, yani . a miktarına denir termal, basınç katsayısı. Böylece tüm gazlar için ısıl basınç katsayısı aynı değere sahiptir: .

Belirli bir gaz kütlesinin ısıtıldığında basıncı 1° V sabit hacim şu kadar artar: basıncın bir kısmı 0°C (Charles yasası).

Bununla birlikte, sıcaklığın bir cıva termometresi ile ölçülmesiyle elde edilen gaz basıncının sıcaklık katsayısının, farklı sıcaklıklar için tam olarak aynı olmadığı unutulmamalıdır: Charles yasası, çok yüksek bir doğruluk derecesine sahip olmasına rağmen, yalnızca yaklaşık olarak karşılanır.

Charles yasasını ifade eden formül.

Charles kanunu, eğer 0°C'deki basıncı biliniyorsa, bir gazın herhangi bir sıcaklıktaki basıncını hesaplamanıza izin verir. Belirli bir hacimdeki belirli bir gaz kütlesinin 0°C'deki basıncı ve aynı gazın sıcaklıktaki basıncı şöyle olsun: T Orada P. Sıcaklık artışı var T, bu nedenle basınç artışı T ve istenilen basınç

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

Bu formül, gazın 0°C'nin altına soğutulması durumunda da kullanılabilir; aynı zamanda T Negatif değerlere sahip olacaktır. Çok düşük sıcaklıklarda, gaz sıvılaşma durumuna yaklaştığında ve güçlü bir şekilde sıvılaştığında sıkıştırılmış gazlar Charles yasası geçerli değildir ve formül (1) geçerliliğini yitirir.

Moleküler teori açısından Charles yasası

Bir gazın sıcaklığı değiştiğinde, örneğin gazın sıcaklığı yükseldiğinde ve basıncı arttığında moleküllerin mikrokozmosta ne olur? Moleküler teori açısından bakıldığında, belirli bir gazın basıncındaki artışın iki olası nedeni vardır: birincisi, moleküllerin çarpma sayısı 1 cm2 artabilir. saniye; ikincisi, bir molekül bir duvara çarptığında iletilen hareket miktarı artabilir. Her iki neden de moleküllerin hızının artmasını gerektirir. Buradan, gaz sıcaklığındaki bir artışın (makrokozmosta) moleküllerin rastgele hareketinin ortalama hızında (mikrokozmosta) bir artış olduğu ortaya çıkıyor. Biraz daha bahsedeceğim gaz moleküllerinin hızlarını belirlemeye yönelik deneyler de bu sonucu doğruluyor.

Bir gazla değil, katı veya sıvı bir cisimle uğraştığımızda, cismin moleküllerinin hızını belirlemek için elimizde bu tür doğrudan yöntemler yoktur. Ancak bu durumlarda bile sıcaklığın artmasıyla moleküllerin hareket hızının arttığına şüphe yoktur.

Hacmi değiştiğinde gazın sıcaklığındaki değişiklik. Adyabatik ve izotermal süreçler.

Hacim değişmeden kalırsa gaz basıncının sıcaklığa nasıl bağlı olduğunu belirledik. Şimdi belirli bir gaz kütlesinin sıcaklığının değişmemesi durumunda kapladığı hacme bağlı olarak basıncının nasıl değiştiğini görelim. Ancak bu konuya geçmeden önce gazın sıcaklığını nasıl sabit tutabileceğimizi bulmamız gerekiyor. Bunu yapmak için, gazın sıcaklığının, gaz ile çevredeki cisimler arasında neredeyse hiç ısı alışverişi olmayacak kadar hızlı değişmesi durumunda ne olacağını incelemek gerekir.

Bu deneyi yapalım. Şeffaf malzemeden yapılmış, bir ucu kapalı, kalın duvarlı bir tüpün içine eterle hafifçe nemlendirilmiş pamuk yünü yerleştiriyoruz ve bu, tüpün içinde ısıtıldığında patlayan bir eter buharı ve hava karışımı oluşturacaktır. Daha sonra sıkıca oturan pistonu hızlı bir şekilde borunun içine itin. Tüpün içinde küçük bir patlamanın meydana geldiğini göreceğiz. Bu, eter buharı ve hava karışımı sıkıştırıldığında karışımın sıcaklığının keskin bir şekilde arttığı anlamına gelir. Bu fenomen oldukça anlaşılır. Gazın sıkıştırılması dış kuvvet, gazın iç enerjisinin artması gereken bir iş yapıyoruz; Olan buydu; gaz ısındı.

Şimdi gazın genleşmesine izin verelim ve dış basınç kuvvetlerine karşı iş yapalım. Bu yapılabilir. Büyük bir şişenin oda sıcaklığında basınçlı hava içermesini sağlayın. Şişeyi dışarıdaki havayla iletişim kurarak şişedeki havanın küçük olanı bırakarak genleşmesine fırsat vermiş olacağız. dışarı doğru delikler açın ve genişleyen hava akışına bir termometre veya tüplü bir şişe yerleştirin. Termometre, oda sıcaklığından belirgin şekilde daha düşük bir sıcaklık gösterecek ve şişeye bağlı tüpteki bir damla, şişeye doğru akacak ve bu aynı zamanda akıştaki havanın sıcaklığındaki bir azalmayı da gösterecektir. Bu, bir gazın genleştiğinde ve aynı zamanda iş yaptığında soğuduğu ve iç enerjisinin azaldığı anlamına gelir. Bir gazın sıkışma sırasında ısınması ve genleşme sırasında soğumasının enerjinin korunumu yasasının bir ifadesi olduğu açıktır.

Mikrokozmosa dönersek, sıkıştırma sırasında gazın ısınması ve genleşme sırasında soğuması olgusu oldukça netleşecektir. Bir molekül sabit bir duvara çarpıp oradan sektiğinde, molekülün hızı ve dolayısıyla kinetik enerjisi ortalama olarak duvara çarpmadan öncekiyle aynıdır. Ancak bir molekül kendisine yaklaşan bir pistona çarpıp geri sekerse, hızı ve kinetik enerjisi pistona çarpmadan öncekinden daha büyük olur (tıpkı bir tenis topunun raketle ters yönde vurulduğunda hızının artması gibi). Yaklaşan piston, kendisinden yansıyan moleküle ek enerji aktarır. Bu nedenle sıkıştırma sırasında bir gazın iç enerjisi artar. Geri çekilen pistondan geri sıçrarken molekülün hızı azalır, çünkü molekül geri çekilen pistonu iterek iş yapar. Bu nedenle, pistonun veya çevredeki gaz katmanlarının geri çekilmesiyle ilişkili gazın genleşmesine iş eşlik eder ve gazın iç enerjisinde bir azalmaya yol açar.

Yani, bir gazın dış bir kuvvet tarafından sıkıştırılması onun ısınmasına neden olur ve gazın genleşmesine de soğuması eşlik eder. Bu olay her zaman bir dereceye kadar meydana gelir, ancak çevredeki cisimlerle ısı alışverişi en aza indirildiğinde bunu özellikle keskin bir şekilde fark ediyorum, çünkü bu tür bir alışveriş, sıcaklıktaki değişikliği daha fazla veya daha az ölçüde telafi edebilir.

Isı transferinin ihmal edilebilecek kadar önemsiz olduğu işlemlere denir. adyabatik.

Bölümün başında sorduğumuz soruya dönelim. Hacimindeki değişikliklere rağmen sabit bir gaz sıcaklığı nasıl sağlanır? Açıkçası, bunu yapmak için, gaz genişliyorsa sürekli olarak dışarıdan gaza ısı aktarmak ve gaz sıkıştırılmışsa onu sürekli olarak çevredeki cisimlere aktararak ısıyı sürekli olarak uzaklaştırmak gerekir. Özellikle, gazın genleşmesi veya sıkışması çok yavaşsa ve dışarıdan veya dışarıdan ısı transferi yeterli hızda gerçekleşebiliyorsa, gazın sıcaklığı oldukça sabit kalır. Yavaş genleşme ile çevredeki cisimlerden ısı gaza aktarılır ve sıcaklığı o kadar az düşer ki bu azalma ihmal edilebilir. Yavaş sıkıştırmada ise ısı gazdan çevredeki cisimlere aktarılır ve bunun sonucunda sıcaklığı yalnızca ihmal edilebilir düzeyde artar.

Sıcaklığın sabit tutulduğu işlemlere denir izotermal.

Boyle Yasası - Mariotte

Şimdi, sıcaklığı değişmeden kalırsa ve gazın yalnızca hacmi değişirse, belirli bir gaz kütlesinin basıncının nasıl değiştiği sorusunu daha ayrıntılı olarak incelemeye geçelim. Bunu zaten öğrendik izotermalİşlem, gazı çevreleyen cisimlerin sıcaklığının sabit olması ve gazın hacminin, işlemin herhangi bir anında gazın sıcaklığının çevredeki cisimlerin sıcaklığından farklı olmayacak kadar yavaş değişmesi koşuluyla gerçekleştirilir. .

Böylece şu soruyu soruyoruz: Bir gazın durumundaki izotermal değişim sırasında hacim ve basınç birbiriyle nasıl ilişkilidir? Günlük deneyim bize, belirli bir gaz kütlesinin hacmi azaldığında basıncının arttığını öğretir. Bir futbol topu, bisiklet veya araba lastiğini şişirirken esnekliğin artması buna bir örnektir. Soru ortaya çıkıyor: nasıl Gazın sıcaklığı değişmeden kalırsa, hacmi azaldıkça basıncı artar mı?

Bu sorunun cevabı 2017 yılında yapılan araştırmalarda verildi. XVII yüzyılİngiliz fizikçi ve kimyager Robert Boyle (1627-1691) ve Fransız fizikçi Eden Marriott (1620-1684).

Gaz hacmi ile basınç arasındaki ilişkiyi kuran deneyler dikey bir stand üzerinde tekrarlanabilir , bölmelerle donatılmış, cam tüpler var A Ve İÇİNDE, kauçuk bir tüp C ile bağlanır. Tüplerin içine cıva dökülür. B borusunun üst kısmı açıktır ve A borusunun bir musluğu vardır. Bu musluğu kapatalım, böylece tüpte belirli bir hava kütlesini kilitleyelim A. Tüpleri hareket ettirmediğimiz sürece her iki tüpteki cıva seviyesi aynıdır. Bu, tüpte sıkışan havanın basıncının A, ortam hava basıncıyla aynıdır.

Şimdi yavaş yavaş telefonu açalım İÇİNDE. Her iki tüpteki cıvanın eşit oranda olmasa da yükseleceğini göreceğiz: tüpte İÇİNDE cıva seviyesi her zaman A'dakinden daha yüksek olacaktır. B tüpünü indirirseniz, her iki dirsekteki cıva seviyesi de azalır, ancak tüpteki cıva seviyesi azalır. İÇİNDE düşüş öncekinden daha büyük A.

Tüpte sıkışan havanın hacmi A, tüp bölümleriyle sayılabilir A. Bu havanın basıncı, yüksekliği A ve B tüplerindeki cıva seviyeleri arasındaki farka eşit olan cıva sütununun basınç miktarı kadar atmosferik basınçtan farklı olacaktır. telefonu almak İÇİNDE cıva kolonunun basıncı atmosfer basıncına eklenir. A'daki havanın hacmi azalır. Ahize kapandığında İÇİNDE içindeki cıva seviyesi A'dakinden daha düşük çıkıyor ve cıva kolonunun basıncı atmosferik basınçtan çıkarılıyor; A'daki havanın hacmi buna göre artar.

Bu şekilde elde edilen A tüpünde kilitli olan havanın basınç ve hacmi değerlerini karşılaştırdığımızda, belirli bir hava kütlesinin hacmi belirli sayıda arttığında basıncının da aynı miktarda azaldığına ikna olacağız, ve tam tersi. Deneylerimizde tüp içindeki hava sıcaklığı sabit kabul edilebilir.

Benzer deneyler diğer gazlarla da yapılabilir. Sonuçlar aynıdır.

Bu yüzden, Sabit sıcaklıkta belirli bir gaz kütlesinin basıncı, gazın hacmiyle ters orantılıdır (Boyle-Mariotte yasası).

Seyreltilmiş gazlar için Boyle-Mariotte yasası yüksek derecede doğrulukla yerine getirilir. Yüksek oranda sıkıştırılmış veya soğutulmuş gazlar için bu yasadan gözle görülür sapmalar bulunur.

Boyle-Mariotte yasasını ifade eden formül.

(2)

Boyle-Mariotte yasasını ifade eden grafik.

Fizik ve teknolojide, gaz basıncının hacmine bağımlılığını gösteren grafikler sıklıkla kullanılır. İzotermal bir süreç için böyle bir grafik çizelim. Gaz hacmini apsis ekseni boyunca ve basıncını da ordinat ekseni boyunca çizeceğiz.

Bir örnek verelim. Hacmi 1 m3 olan belirli bir gaz kütlesinin basıncı 3,6'ya eşit olsun kg/cm 2 . Boyle-Mariotte yasasına dayanarak şunu hesaplıyoruz: hacim 2'ye eşit M 3 , basınç 3,6*0,5 kg/cm 2 = 1,8kg/cm 2 . Bu hesaplamalara devam edersek aşağıdaki tabloyu elde ederiz:

Bu verilerin çizim üzerine apsisleri V değerleri ve koordinatları karşılık gelen değerler olan noktalar şeklinde çizilmesi R, gazdaki izotermal sürecin eğri çizgi grafiğini elde ederiz (yukarıdaki şekil).

Gaz yoğunluğu ile basıncı arasındaki ilişki

Bir maddenin yoğunluğunun birim hacimde bulunan kütle olduğunu hatırlayın. Belirli bir gaz kütlesinin hacmini bir şekilde değiştirirsek, gazın yoğunluğu da değişecektir. Örneğin bir gazın hacmini beş kat azaltırsak, gazın yoğunluğu beş kat artacaktır. Aynı zamanda gaz basıncı da artacaktır; sıcaklık değişmezse Boyle-Mariotte yasasının gösterdiği gibi basınç da beş kat artacaktır. Bu örnekten açıkça görülüyor ki İzotermal bir işlem sırasında gaz basıncı, yoğunluğuyla doğru orantılı olarak değişir.

Basınçlarda belirlenmiş gaz yoğunluklarına sahip olmak ve ve harflerini kullanarak şunu yazabiliriz:

Bu önemli sonuç Boyle-Mariotte yasasının bir başka ve daha anlamlı ifadesi olarak düşünülebilir. Gerçek şu ki, rastgele bir duruma (hangi gaz kütlesinin seçildiğine) bağlı olan gazın hacmi yerine, formül (3), basınç gibi gazın durumunu karakterize eden ve kütlesinin rastgele seçimine hiç bağlı değil.

Boyle yasasının moleküler yorumu - Mariotte.

Önceki bölümde Boyle-Mariotte yasasına dayanarak sabit sıcaklıkta bir gazın basıncının yoğunluğuyla orantılı olduğunu öğrenmiştik. Gazın yoğunluğu değişirse 1 cm3 başına molekül sayısı aynı miktarda değişir. Gaz çok sıkıştırılmamışsa ve gaz moleküllerinin hareketi birbirinden tamamen bağımsız kabul edilebilirse, 1 başına darbe sayısı saniye damar duvarının 1 cm2'si başına 1'deki molekül sayısıyla orantılıdır santimetre 3 . Bu nedenle eğer ortalama hız moleküller zamanla değişmez (makrokozmosta bunun sabit sıcaklık anlamına geldiğini daha önce görmüştük), o zaman gaz basıncı 1'deki molekül sayısıyla orantılı olmalıdır. santimetre 3 , yani gaz yoğunluğu. Boyle-Mariotte yasası, gazın yapısı hakkındaki düşüncelerimizi mükemmel bir şekilde doğrulamaktadır.

Ancak, eğer yüksek baskılara yönelirsek Boyle-Marriott yasasının geçerliliği sona erer. Ve bu durum, M.V. Lomonosov'un inandığı gibi, moleküler kavramlar temelinde açıklığa kavuşturulabilir.

Bir yandan, yüksek oranda sıkıştırılmış gazlarda moleküllerin boyutları, moleküller arasındaki mesafelerle karşılaştırılabilir. Dolayısıyla moleküllerin hareket ettiği boş alan, gazın toplam hacminden daha azdır. Bu durum, molekülün duvara ulaşması için kat etmesi gereken mesafeyi azalttığı için moleküllerin duvara çarpma sayısını artırır.

Öte yandan, oldukça sıkıştırılmış ve dolayısıyla daha yoğun bir gazda, moleküller diğer moleküllere gözle görülür şekilde çok daha fazla çekilir. çoğu Seyreltilmiş bir gazdaki moleküllerden daha fazla zaman. Bu, tam tersine, moleküllerin duvar üzerindeki etki sayısını azaltır, çünkü diğer moleküllere yönelik çekim varlığında, gaz molekülleri, çekimin olmadığı duruma göre duvara doğru daha düşük bir hızla hareket eder. Çok fazla baskı yok. ikinci durum daha önemlidir ve ürün PV'si biraz azalır. Çok yüksek basınçlarda ilk durum önemli bir rol oynar ve PV ürünü artar.

Boyle-Mariotte yasasının kendisi ve ondan sapmalar moleküler teoriyi doğrulamaktadır.

Sıcaklık değişimiyle gaz hacmindeki değişim

Belirli bir gaz kütlesinin basıncının, hacim değişmeden kalırsa sıcaklığa ve hacme nasıl bağlı olduğunu inceledik. , Sıcaklık sabit kalırsa gaz tarafından işgal edilir. Şimdi bir gazın sıcaklığı ve hacmi değiştiğinde ancak basıncı sabit kaldığında nasıl davranacağını belirleyelim.

Deneyimizde kaptaki havanın sıcaklığının nasıl değiştiğini bilseydik ve gazın hacminin nasıl değiştiğini doğru bir şekilde ölçseydik, bu olguyu niceliksel bir perspektiften inceleyebilirdik. Açıkçası, bunu yapmak için, kabın bir kabuk içine kapatılması, cihazın tüm parçalarının aynı sıcaklığa sahip olduğundan emin olunması, hapsedilen gaz kütlesinin hacminin doğru bir şekilde ölçülmesi, ardından bu sıcaklığın değiştirilmesi ve artıştaki artışın ölçülmesi gerekir. gazın hacmi.

Gay-Lussac yasası.

Fransız fizikçi ve kimyager Gay-Lussac (1778-1850) tarafından 1802'de sabit basınçta gaz hacminin sıcaklığa bağımlılığının niceliksel bir çalışması gerçekleştirildi.

Deneyler gaz hacmindeki artışın sıcaklık artışıyla orantılı olduğunu göstermiştir. Bu nedenle, diğer cisimlerde olduğu gibi bir gaz kutusunun termal genleşmesi hacimsel genleşme katsayısı b kullanılarak karakterize edilir. Gazlar için bu yasanın katılara göre çok daha iyi gözlemlendiği ortaya çıktı ve sıvı cisimler Böylece gazların hacimsel genleşme katsayısı, Sıcaklıktaki çok önemli artışlarla bile pratik olarak sabit bir değer olurken, sıvı ve katılar Bu; Sabitlik yalnızca yaklaşık olarak gözlemlenir.

Buradan şunları buluyoruz:

(4)

Gay-Lussac ve diğerlerinin deneyleri dikkate değer bir sonucu ortaya çıkardı. Tüm gazlar için hacim genleşme katsayısının aynı olduğu (daha doğrusu neredeyse aynı) ve = 0,00366'ya eşit olduğu ortaya çıktı. . Böylece, en sabit basınçta 1° ısıtıldığında belirli bir gaz kütlesinin hacmi artar bu gaz kütlesinin kapladığı hacim 0°C (Gay yasası - Lussac ).

Görüldüğü gibi gazların genleşme katsayısı ısıl basınç katsayısı ile örtüşmektedir.

Şunu belirtmek gerekir ki termal genleşme gazlar oldukça önemlidir, dolayısıyla gazın hacmi 0°C'deki hacim, başka bir sıcaklıktaki (örneğin oda sıcaklığındaki) hacimden önemli ölçüde farklıdır. Bu nedenle, daha önce de belirtildiği gibi, gazlar söz konusu olduğunda formül (4)'teki hacmi gözle görülür bir hata olmadan değiştirmek imkansızdır. hacim V. Buna göre gazlar için genleşme formülünü aşağıdaki şekilde vermek uygundur. İlk hacim için hacmi alıyoruz 0°C sıcaklıkta. Bu durumda gaz sıcaklığındaki t artış Celsius ölçeğinde ölçülen sıcaklığa eşittir. T . Sonuç olarak hacimsel genleşme katsayısı

Nerede (5)

Formül (6) hem O o C'nin üzerindeki sıcaklıklarda hem de 0 ° C'nin altındaki sıcaklıklarda hacmi hesaplamak için kullanılabilir. Bu son durumda BEN negatif. Bununla birlikte, Gay-Lussac yasasının, gaz yüksek oranda sıkıştırıldığında veya sıvılaşma durumuna yaklaşacak kadar soğutulduğunda geçerli olmadığı akılda tutulmalıdır. Bu durumda formül (6) kullanılamaz.

Charles ve Gay-Lussac yasalarını ifade eden grafikler

Sabit bir hacimde bulunan gazın sıcaklığını apsis ekseni boyunca ve basıncını da ordinat ekseni boyunca çizeceğiz. 0°C'deki gaz basıncı 1 olsun kg|cm 2 . Charles yasasını kullanarak basıncını 100 0 C'de, 200 ° C'de, 300 ° C'de vb. hesaplayabiliriz.

Bu verileri bir grafik üzerinde gösterelim. Eğimli bir düz çizgi elde edeceğiz. Bu grafiği negatif sıcaklıklara doğru devam ettirebiliriz. Ancak daha önce de belirtildiği gibi Charles yasası yalnızca çok düşük olmayan sıcaklıklara uygulanabilir. Bu nedenle grafiğin x ekseni ile kesiştiği noktaya, yani basıncın sıfır olduğu noktaya kadar devam etmesi, şuna karşılık gelmeyecektir. davranış gerçek gaz.

Mutlak sıcaklık

Sabit bir hacimde bulunan bir gazın basıncının Celsius ölçeğinde ölçülen sıcaklıkla doğru orantılı olmadığını görmek kolaydır. Bu, örneğin önceki bölümde verilen tablodan açıkça görülmektedir. 100°C'de gaz basıncı 1,37 ise kg1cm 2 , o zaman 200° C'de 1,73'e eşittir kg/cm 2 . Celsius termometresi tarafından ölçülen sıcaklık iki katına çıktı, ancak gaz basıncı yalnızca 1,26 kat arttı. Elbette bunda şaşırtıcı bir şey yok, çünkü Celsius termometre ölçeği gaz genleşme yasalarıyla herhangi bir bağlantısı olmadan keyfi olarak ayarlanıyor. Bununla birlikte, gaz yasalarını kullanarak şöyle bir sıcaklık ölçeği oluşturmak mümkündür: gaz basıncı irade sıcaklıkla doğru orantılıdır, bu yeni ölçekte ölçülür. Bu yeni ölçekte sıfıra denir mutlak sıfır. Bu ismin benimsenmesinin nedeni, İngiliz fizikçi Kelvin (William Thomson) (1824-1907) tarafından kanıtlandığı gibi, hiçbir cismin bu sıcaklığın altına soğutulamamasıdır. Buna göre bu yeni ölçeğe denir. ölçek mutlak sıcaklıklar. Dolayısıyla mutlak sıfır, -273° Celsius'a eşit bir sıcaklığı belirtir ve hiçbir cismin hiçbir koşulda altına soğutulamayacağı sıcaklığı temsil eder. 273°+ olarak ifade edilen sıcaklık, Celsius ölçeğinde sıcaklığı eşit olan bir cismin mutlak sıcaklığını temsil eder. Mutlak sıcaklıklar genellikle harfle gösterilir T. Böylece 273o+ = . Mutlak sıcaklık ölçeğine genellikle Kelvin ölçeği denir ve şöyle yazılır: T° K. Söylenenlere dayanarak

Elde edilen sonuç kelimelerle ifade edilebilir: Sabit bir hacimde bulunan belirli bir gaz kütlesinin basıncı, mutlak sıcaklıkla doğru orantılıdır. Bu Charles yasasının yeni bir ifadesidir.

Formül (6)'nın 0°C'deki basıncın bilinmediği durumlarda da kullanılması uygundur.

Gaz hacmi ve mutlak sıcaklık

Formül (6)'dan aşağıdaki formülü elde edebilirsiniz:

- Sabit basınçta belirli bir gaz kütlesinin hacmi mutlak sıcaklıkla doğru orantılıdır. Bu Gay-Lussac yasasının yeni bir ifadesidir.

Gaz yoğunluğunun sıcaklığa bağımlılığı

Sıcaklık artar ancak basınç değişmezse belirli bir gaz kütlesinin yoğunluğuna ne olur?

Yoğunluğun bir cismin kütlesinin hacme bölünmesine eşit olduğunu hatırlayın. Gazın kütlesi sabit olduğundan ısıtıldığında hacmi arttıkça gazın yoğunluğu azalır.

Bildiğimiz gibi, basınç sabit kaldığı sürece bir gazın hacmi mutlak sıcaklıkla doğru orantılıdır. Buradan, Sabit basınçta bir gazın yoğunluğu mutlak sıcaklıkla ters orantılıdır. If ve - sıcaklıklardaki gaz yoğunlukları ve , O bir ilişki var

Birleşik gaz kanunu

Bir gazın durumunu karakterize eden üç miktardan (basınç, sıcaklık ve hacim) birinin değişmediği durumları düşündük. Sıcaklık sabitse basınç ve hacmin Boyle-Mariotte yasasına göre birbiriyle ilişkili olduğunu gördük; hacim sabitse basınç ve sıcaklık Charles yasasına göre ilişkilidir; Basınç sabitse hacim ve sıcaklık Gay-Lussac yasasına göre ilişkilidir. Belirli bir gaz kütlesinin basıncı, hacmi ve sıcaklığı arasında bir bağlantı kuralım. bu miktarların üçü de değişir.

Belirli bir gaz kütlesinin başlangıç ​​hacmi, basıncı ve mutlak sıcaklığı V 1, P 1'e eşit olsun ve T 1 final - V 2, P 2 ve T 2 - Başlangıçtan son duruma geçişin iki aşamada gerçekleştiği düşünülebilir. Örneğin ilk önce gazın hacmini V 1'den V 2'ye değiştirelim. , ve T1 sıcaklığı değişmeden kaldı. Ortaya çıkan gaz basıncı P avg ile gösterilecektir. . Daha sonra sıcaklık sabit bir hacimde T 1'den T 2'ye değişti ve basınç P avg'den P 2'ye değişti. . Bir tablo yapalım:

Boyle Yasası - Mariotte

P 1 V 1 t 1

P cp V 2 T 1

Charles Yasası

P cp V 2 T 1

Boyle-Mariotte yasasını ilk geçişe uygulayarak şunu yazıyoruz:

Charles yasasını ikinci geçişe uygulayarak şunu yazabiliriz:

Bu eşitliklerin terim terim çarpılması ve P cp ile azaltılması şunu elde ederiz:

(10)

Bu yüzden, Belirli bir gaz kütlesinin hacminin ve basıncının çarpımı, gazın mutlak sıcaklığıyla orantılıdır. Bu, gaz durumunun birleşik yasası veya gazın durum denklemidir.

Kanun dalton

Şimdiye kadar herhangi bir gazın (oksijen, hidrojen vb.) basıncından bahsettik. Ancak doğada ve teknolojide sıklıkla birkaç gazın karışımıyla ilgileniyoruz. En önemli örnek Bu, nitrojen, oksijen, argon, karbondioksit ve diğer gazların karışımı olan havadır. Basınç neye bağlıdır? mix-si gazlar mı?

Şişenin içine havadaki oksijeni kimyasal olarak bağlayan bir madde (örneğin fosfor) yerleştirelim ve şişeyi bir tüp ile bir tıpa ile hızla kapatalım. cıva basınç göstergesine bağlanır. Bir süre sonra havadaki tüm oksijen fosforla birleşecektir. Manometrenin, oksijenin uzaklaştırılmasından öncekine göre daha az basınç göstereceğini göreceğiz. Bu, havadaki oksijenin varlığının basıncı arttırdığı anlamına gelir.

Bir gaz karışımının basıncına ilişkin doğru bir çalışma, ilk olarak 1809'da İngiliz kimyager John Dalton (1766-1844) tarafından gerçekleştirildi. Karışımı oluşturan gazların her birinin, diğer gazlar hacimden çıkarıldığında sahip olacağı basınç karışımın kapladığı alana denir kısmi basınç bu gaz. Dalton bunu buldu Bir gaz karışımının basıncı kısmi basınçlarının toplamına eşittir(Dalton yasası). Dalton yasasının, tıpkı Boyle-Mariotte yasası gibi, yüksek oranda sıkıştırılmış gazlara uygulanamayacağını unutmayın.

Dalton yasasını moleküler teori açısından nasıl yorumlayacağınızı size biraz daha anlatacağım.

Gaz yoğunlukları

Bir gazın yoğunluğu, özelliklerinin en önemli özelliklerinden biridir. Bir gazın yoğunluğundan bahsederken genellikle yoğunluğunu kastederiz normal koşullar altında(yani 0 ° C sıcaklıkta ve 760 ° C basınçta mm rt. Sanat.). Ayrıca sıklıkla kullanırlar bağıl yoğunluk gaz, belirli bir gazın yoğunluğunun aynı koşullar altında havanın yoğunluğuna oranı anlamına gelir. Bunu görmek kolaydır bağıl yoğunluk gaz, bulunduğu koşullara bağlı değildir, çünkü gaz durumu yasalarına göre tüm gazların hacimleri, basınç ve sıcaklıktaki değişikliklerle eşit olarak değişir.

Bazı gazların yoğunlukları

Bir gazın yoğunluğunun belirlenmesi aşağıdaki şekilde yapılabilir. Şişeyi bir muslukla iki kez tartalım: Bir kez mümkün olduğu kadar fazla havayı dışarı pompalayarak ve başka bir kez de şişeyi bilinmesi gereken bir basınca kadar test gazıyla doldurarak. Ağırlıklar arasındaki farkı şişenin önceden belirlenmesi gereken hacmine bölerek bu koşullar altında gazın yoğunluğunu buluyoruz. Daha sonra gazların durum denklemini kullanarak gaz yoğunluğunu kolaylıkla bulabiliriz. normal koşullar dn. Nitekim (10) formülüne P 2 == P n, V 2 = V n, T 2 = T n koyalım ve pay ve paydayı çarpalım.

Gaz kütlesi m için formül elde ederiz:

Dolayısıyla bulduklarımızı dikkate alarak:

Bazı gazların yoğunluk ölçümlerinin sonuçları yukarıdaki tabloda verilmiştir.

Son iki sütun, bir gazın yoğunluğu ile moleküler ağırlığı (helyum durumunda atom ağırlığı) arasındaki orantılılığı gösterir.

Avogadro yasası

Tablonun sondan bir önceki sütunundaki sayılar, söz konusu gazların moleküler ağırlıklarıyla karşılaştırıldığında, aynı koşullar altında gazların yoğunluklarının moleküler ağırlıklarıyla orantılı olduğunu fark etmek kolaydır. Bu gerçekten çok önemli bir sonuç çıkıyor. Molekül ağırlıkları moleküllerin kütleleriyle ilişkili olduğundan, o zaman

, burada d gazların yoğunluğudur ve m moleküllerinin kütlesidir.

moleküllerinin kütleleri. Öte yandan M 1 ve M 2 gazlarının kütleleri , eşit hacimlerde kapalı V, yoğunlukları ile ilişkilidir:

hacimde bulunan birinci ve ikinci gazların molekül sayısının belirlenmesi V, N 1 ve N 2 harfleriyle bunu yazabiliriz toplam kütle Bir gazın hacmi, moleküllerinden birinin kütlesinin molekül sayısıyla çarpımına eşittir: M 1 =t 1 N 1 Ve M 2 =t 2 N 2 Bu yüzden

Bu sonucun formülle karşılaştırılması , bulacağız

N 1 = N 2. Bu yüzden Aynı basınç ve sıcaklıkta, farklı gazların eşit hacimleri aynı sayıda molekül içerir.

Bu yasa İtalyan kimyager Amedeo Avogadro (1776-1856) tarafından kimyasal araştırmalara dayanarak keşfedildi. Çok yüksek oranda sıkıştırılmamış gazları ifade eder (örneğin, atmosferik basınç altındaki gazlar). Yüksek düzeyde sıkıştırılmış gazlar söz konusu olduğunda geçerli kabul edilemez.

Avogadro yasası, belirli bir sıcaklıkta bir gazın basıncının yalnızca birim gaz hacmi başına molekül sayısına bağlı olduğu, ancak moleküllerin ağır veya hafif olmasına bağlı olmadığı anlamına gelir. Bunu anladıktan sonra Dalton yasasının özünü anlamak kolaydır. Boyle-Mariotte yasasına göre bir gazın yoğunluğunu arttırırsak, yani bu gazın belirli sayıda molekülünü belirli bir hacme eklersek, gazın basıncını arttırmış oluruz. Ancak Avogadro yasasına göre, ilk gazın moleküllerini eklemek yerine başka bir gazın aynı sayıda molekülünü eklersek, basınçta aynı artış elde edilmelidir. Aynı hacme başka bir gazın moleküllerini ekleyerek bir gazın basıncını artırabileceğinizi ve eklenen moleküllerin sayısı ilk durumdakiyle aynıysa, o zaman aynı olduğunu belirten Dalton yasası tam olarak bundan oluşur. basınçta artış elde edilecektir. Dalton yasasının Avogadro yasasının doğrudan bir sonucu olduğu açıktır.

Gram molekülü. Avogadro'nun numarası.

İki molekülün kütlelerinin oranını veren sayı aynı zamanda aynı sayıda molekül içeren bir maddenin iki kısmının kütlelerinin oranını da gösterir. Bu nedenle 2 g hidrojen (Ha'nın molekül ağırlığı 2'dir), 32 G oksijen (molekül ağırlığı Od 32'dir) ve 55,8 G demir (molekül ağırlığı, 55.8'e eşit olan atom ağırlığına denk gelir) vb. aynı sayıda molekül içerir.

Molekül ağırlığına eşit sayıda gram içeren bir maddenin miktarına denir. gram molekül veya dua ediyoruz.

Yukarıdan, farklı maddelerin mollerinin içerdiği anlaşılmaktadır. aynı sayıda molekül. Bu nedenle köstebeği içeren özel bir birim olarak kullanmak çoğu zaman uygun olur. farklı numara Farklı maddeler için gram, ancak aynı sayıda molekül.

Bir maddenin bir molünde bulunan molekül sayısına denir. Avogadro sayısıönemli bir fiziksel miktardır. Avogadro sayısını belirlemek için çok sayıda ve çeşitli çalışmalar yapılmıştır. Brown hareketiyle, elektroliz olgusuyla ve diğer birçok olayla ilgilidirler. Bu çalışmalar oldukça tutarlı sonuçlar üretmiştir. Şu anda Avogadro sayısının eşit olduğu kabul edilmektedir.

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

Yani 2 gr hidrojen, 32 gr oksijen vb. her biri 6,02*10 23 molekül içerir. Bu sayının büyüklüğünü hayal edebilmek için 1 milyon kilometrekarelik, 600 kalınlığında kum tabakasıyla kaplı bir çöl hayal edin. M. O halde, her kum tanesinin hacmi 1 ise mm 3 , O toplam sayıçöldeki kum taneleri Avogadro sayısına eşit olacaktır.

Avogadro yasasından şu sonuç çıkıyor Farklı gazların molleri aynı koşullar altında aynı hacimlere sahiptir. Normal koşullar altında bir molün hacmi, bir gazın moleküler ağırlığının normal koşullardaki yoğunluğuna bölünmesiyle hesaplanabilir.

Böylece, Normal koşullar altında herhangi bir gazın bir molünün hacmi eşittir 22400 cm3.

Hızlar gaz molekülleri

Moleküllerin, özellikle de gaz moleküllerinin hareket hızları nelerdir? Bu soru doğal olarak moleküller hakkında fikirler geliştirildiğinde ortaya çıktı. Uzun bir süre boyunca moleküllerin hızları yalnızca dolaylı hesaplamalarla tahmin edilebildi ve ancak nispeten yakın zamanda gaz moleküllerinin hızlarını doğrudan belirlemek için yöntemler geliştirildi.

Öncelikle molekül hızının ne anlama geldiğini açıklayalım. Sürekli çarpışmalar nedeniyle her bir molekülün hızının sürekli değiştiğini hatırlayalım: Molekül bazen hızlı, bazen yavaş hareket eder ve molekülün hızı bir süre farklı değerler alır. Öte yandan, herhangi bir anda, söz konusu gazın hacmini oluşturan çok sayıda molekülün içinde çok farklı hızlara sahip moleküller bulunur. Açıkçası, bir gazın durumunu karakterize etmek için bazı şeylerden bahsetmemiz gerekir. ortalama hız. Bunun moleküllerden birinin yeterince uzun bir zaman periyodundaki ortalama hızı olduğunu veya bunun belirli bir hacimdeki tüm gaz moleküllerinin zamanın herhangi bir noktasındaki ortalama hızı olduğunu varsayabiliriz.

Gaz moleküllerinin ortalama hızını hesaplamayı mümkün kılan mantık üzerinde duralım.

Gaz basıncı orantılıdır Cumav 2 , Nerede T - moleküler kütle, v- ortalama hız ve P - birim hacim başına molekül sayısı. Daha doğru bir hesaplama formüle yol açar

Formül (12)'den bir dizi önemli sonuç çıkarılabilir. Formül (12)’yi şu şekilde yeniden yazalım:

e, bir molekülün ortalama kinetik enerjisidir. T 1 ve T 2 sıcaklıklarındaki gaz basıncını p 1 ve p 2 harfleriyle ve bu e 1 ve e 2 sıcaklıklarındaki moleküllerin ortalama kinetik enerjilerini gösterelim. . bu durumda

Bu ilişkiyi Charles yasasıyla karşılaştırmak

Bu yüzden, Bir gazın mutlak sıcaklığı ortalama sıcaklıkla orantılıdır kinetik enerji gaz molekülleri. Moleküllerin ortalama kinetik enerjisi, moleküllerin ortalama hızının karesiyle orantılı olduğundan, karşılaştırmamız, bir gazın mutlak sıcaklığının, gaz moleküllerinin ortalama hızının karesiyle orantılı olduğu sonucuna varır. Moleküllerin hızı mutlak sıcaklığın kareköküyle orantılı olarak artar.

Bazı gazların moleküllerinin ortalama hızları

Görüldüğü gibi moleküllerin ortalama hızları oldukça önemlidir. Oda sıcaklığında genellikle saniyede yüzlerce metreye ulaşırlar. Bir gazdaki moleküllerin ortalama hızı, aynı gazdaki ses hızından yaklaşık bir buçuk kat daha fazladır.

İlk bakışta bu sonuç çok tuhaf görünüyor. Görünüşe göre moleküller bu kadar yüksek hızlarda hareket edemiyorlar: Sonuçta, gazlarda ve hatta sıvılarda bile difüzyon nispeten çok yavaş ilerliyor, her halükarda sesin yayılmasından çok daha yavaş. Ancak mesele şu ki, hareket ederken moleküller sıklıkla birbirleriyle çarpışır ve aynı zamanda hareketlerinin yönünü değiştirirler. Sonuç olarak, çoğunlukla tek bir yerde kalabalıklaşarak önce bir yöne, sonra diğer yöne hareket ederler. Sonuç olarak, çarpışmalar arasındaki aralıklardaki yüksek hareket hızına ve moleküllerin hiçbir yerde oyalanmamasına rağmen, belirli bir yönde oldukça yavaş hareket ederler.

Tablo ayrıca hızlardaki farkı da göstermektedir. farklı moleküller kütlelerindeki farklılıktan dolayı. Bu durum bir dizi gözlemle doğrulanmaktadır. Örneğin hidrojen, dar açıklıklardan (gözeneklerden) oksijen veya nitrojenden daha yüksek bir oranda nüfuz eder. Bunu böyle bir deneyimden keşfedebilirsiniz.

Cam huni gözenekli bir kap ile kapatılır veya kağıtla kapatılır ve ucu suya indirilir. Huniyi, altına hidrojen (veya aydınlatıcı gaz) verilen bir camla kapatırsak, huninin ucundaki su seviyesinin düşeceğini ve içinden kabarcıklar çıkmaya başladığını göreceğiz. Bu nasıl açıklanır?

Hem hava molekülleri (camın altındaki huninin içinden) hem de hidrojen molekülleri (camın altından huniye) bir kap veya kağıttaki dar gözeneklerden geçebilir. Ancak bu süreçlerin hızı farklılık göstermektedir. Moleküllerin boyutlarındaki fark bu durumda önemli bir rol oynamaz çünkü fark, özellikle gözeneklerin boyutuyla karşılaştırıldığında küçüktür: bir hidrojen molekülünün "uzunluğu" yaklaşık 2,3 * 10 -8'dir. santimetre, ve bir oksijen veya nitrojen molekülü yaklaşık 3*10-8'dir santimetre, Gözenek olan deliklerin çapı binlerce kat daha fazladır. Gözenekli duvardan hidrojen nüfuzunun yüksek hızı, moleküllerinin daha yüksek hareket hızıyla açıklanmaktadır. Bu nedenle hidrojen molekülleri camdan huniye daha hızlı nüfuz eder. Bunun sonucunda hunide moleküller birikir, basınç artar ve gaz karışımı kabarcıklar halinde dışarı çıkar.

Bu tür cihazlar, madenlerde patlamaya neden olabilecek, havada bulunan maden gazlarının varlığını tespit etmek için kullanılır.

Gazların ısı kapasitesi

Diyelim ki elimizde 1 tane var G gaz. Sıcaklığının 1°C artması için ne kadar ısı verilmesi gerekir yani ne kadar ısı verilmesi gerekir? Gazın özgül ısı kapasitesi? Deneyimlerin gösterdiği gibi, bu soruya kesin bir cevap verilemez. Cevap, gazın ısıtıldığı koşullara bağlıdır. Hacmi değişmiyorsa gazı ısıtmak için belirli bir miktar ısıya ihtiyaç vardır; Aynı zamanda gaz basıncı da artar. Isıtma, basıncı değişmeden kalacak şekilde yapılırsa, ilk duruma göre farklı, daha büyük miktarda ısı gerekli olacaktır; bu gazın hacmini artıracaktır. Son olarak, ısıtma sırasında hem hacmin hem de basıncın değiştiği başka durumlar da mümkündür; bu durumda bu değişikliklerin ne ölçüde meydana geldiğine bağlı olarak bir miktar ısıya ihtiyaç duyulacaktır. Söylenenlere göre gaz, ısıtma koşullarına bağlı olarak çok çeşitli spesifik ısı kapasitelerine sahip olabilir. Tüm bu spesifik ısı kapasitelerinden ikisi genellikle ayırt edilir: sabit hacimde özgül ısı kapasitesi (C v ) Ve spesifik ısı kapasitesi sabit basınçta (C P ).

Cv'yi belirlemek için kapalı bir kaba konulan gazın ısıtılması gerekir. Isıtma sırasında kabın kendisinin genleşmesi ihmal edilebilir. Cp'yi belirlerken, yükü değişmeden kalan bir pistonla kapatılan bir silindire yerleştirilen gazın ısıtılması gerekir.

Sabit basınçtaki Cp ısı kapasitesi, sabit hacimdeki Cv ısı kapasitesinden daha büyüktür. Aslında ısıtıldığında 1 G Sabit hacimde gazın hacmi 1° artırıldığında, sağlanan ısı yalnızca gazın iç enerjisini artırmaya gider. Aynı gaz kütlesini sabit bir basınçta 1 ° ısıtmak için, ona ısı verilmesi gerekir, bu sayede yalnızca gazın iç enerjisi artmaz, aynı zamanda gazın genleşmesiyle ilgili iş de yapılır. gaz. Cp değerini elde etmek için Cv değerine gazın genleşmesi sırasında yapılan işe eşdeğer başka bir ısı miktarının eklenmesi gerekir.

GAZLARIN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ

1. Gaz yoğunluğu – 0 0 sıcaklıkta ve 0,1 MPa (760 mm Hg) basınçta 1 m3 gaz kütlesi. Bir gazın yoğunluğu basınca ve sıcaklığa bağlıdır. Gazların yoğunluğu 0,55 - 1 g/cm3 aralığında değişmektedir.

Yaygın olarak kullanılan bağıl yoğunluk hava yoluyla (boyutsuz değer - gaz yoğunluğunun hava yoğunluğuna oranı; normal koşullar altında hava yoğunluğu 1,293 kg/m3'tür).

2. Gazların viskozitesi – hareketi sırasında meydana gelen gazların iç sürtünmesi. Gazların viskozitesi çok düşüktür 1 . 10 -5 Pa.s. Gazların bu kadar düşük viskozitesi, çatlaklar ve gözenekler boyunca yüksek hareketliliklerini sağlar.

3. Gazların çözünürlüğü – biri en önemli özellikler. Gazların yağ veya sudaki 5 MPa'dan fazla olmayan bir basınçtaki çözünürlüğü aşağıdaki şartlara tabidir: Henry'nin yasası, yani çözünmüş gaz miktarı basınç ve çözünürlük katsayısı ile doğru orantılıdır.

Daha fazlası ile yüksek basınçlar Bir gazın çözünürlüğü bir dizi göstergeyle belirlenir: sıcaklık, kimyasal bileşim, mineralizasyon yeraltı suyu vb. Hidrokarbon gazlarının yağlardaki çözünürlüğü sudan 10 kat daha fazladır. Islak gaz, yağda kuru gaza göre daha fazla çözünür. Çakmak yağı çözülür daha fazla gaz ağırdan daha ağır.

4. Kritik sıcaklık gaz. Her gaz için, basınç ne kadar yüksek olursa olsun, üzerinde sıvı hale geçmeyeceği bir sıcaklık vardır; kritik T(CH 4 için T cr = –82,1 0 C). Metanın homologları şurada bulunabilir: sıvı hal(C 2 H 6 için T cr = 32,2 0 C, C3H8 T cr = 97.0 0 C).

5. Difüzyon gazların kendiliğinden hareketidir moleküler seviye konsantrasyonlarının azalması yönündedir.

6. Rezervuar gazının hacimsel katsayısı rezervuar koşulları altındaki gaz hacminin standart koşullar altındaki aynı gazın hacmine oranıdır

(T = 0 0 ve P = 0,1 MPa).

V g = V g pl / V g st

Formasyondaki gazın hacmi standart koşullara göre 100 kat daha azdır, çünkü gaz süper sıkıştırılabilir.

GAZ YOĞUNLAŞMALARI

Gaz sadece yağda çözünmekle kalmaz, aynı zamanda petrol de gazda çözünebilir. Bu belirli koşullar altında gerçekleşir:

1) gazın hacmi petrolün hacminden daha büyüktür;

2) basınç 20-25 MPa;

3) sıcaklık 90-95 0 C.

Bu koşullar altında sıvı hidrokarbonlar gaz içerisinde çözünmeye başlar. Yavaş yavaş karışım tamamen gaza dönüşür. Bu fenomene denir Retrograd buharlaşma. Koşullardan biri değiştiğinde, örneğin geliştirme sırasında rezervuar basıncı düştüğünde, bu karışımdan sıvı hidrokarbon formundaki yoğuşma salınmaya başlar. Bileşimi: C5, H12 (pentan) ve üstü. Bu fenomene denir retrograd yoğunlaşma.

Gaz yoğuşması, gaz yoğuşması birikimlerinin sıvı kısmıdır. Gaz yoğuşmalarına asfalt reçineli maddeler içermediklerinden hafif yağlar denir. Gaz yoğunlaşmasının yoğunluğu 0,65-0,71 g/cm3'tür. Gaz yoğunlaşmalarının yoğunluğu derinlikle artar ve aynı zamanda gelişme sırasında da değişir (genellikle artar).

Ham yoğuşma ve stabil yoğuşma vardır.

Ham, yüzeye çıkarılan temsilleri temsil eder sıvı faz gaz halindeki bileşenlerin çözündüğü yer. Ham kondens, doğrudan saha ayırıcılarında, ayırma basınçlarında ve sıcaklıklarında elde edilir.

Kararlı gaz kondensatı, ham gazın gazının alınmasıyla elde edilir; sıvı hidrokarbonlardan (pentan) ve daha yüksek olanlardan oluşur.

GAZ HİDRATLARI

Çoğu gaz, su katılarıyla birlikte kristal hidratlar oluşturur. Bu maddelere gaz hidratlar adı verilir ve düşük sıcaklıklar, yüksek basınçlarda ve sığ derinliklerde. Görünüşte gevşek buz veya kara benziyorlar. Bu tür yataklara bazı bölgelerde rastlandı. sürekli donmuş toprak Batılı ve Doğu Sibirya ve kuzey denizlerinin sularında.

Gaz hidratların kullanılması sorunu henüz yeterince gelişmemiştir. Gaz hidrat üretimiyle ilgili tüm sorunlar, gaz hidratların gaz ve suya ayrışacağı formasyonda koşulların yaratılmasına indirgenir.

Bunu yapmak için ihtiyacınız var:

1) rezervuardaki basınçta azalma;

2) sıcaklıkta artış;

3) özel reaktiflerin eklenmesi.

Rezervuarlarda ve sahalarda petrol ve gazın özelliklerindeki kalıplar ve değişiklikler

Böylece, birikintilere giren suyun etkisi altında meydana gelen yağlar ve gazlarda meydana gelen fiziksel ve kimyasal değişiklikler ve rezervuar basıncı ve sıcaklığındaki değişiklikler sonucu ortaya çıkar. Bu nedenle, geliştirme süreci sırasında petrol ve gazın özelliklerinde meydana gelen değişikliklere ilişkin makul tahminler için, aşağıdaki konularda net fikirlere sahip olmak gerekir: a) petrol ve gazın özelliklerinde, petrol ve gazın özelliklerinde, petrolün başlangıcından önce yatağın hacmine göre değişiklik modelleri hakkında gelişim; b) petrol ve gazların verimli formasyona giren sularla (özellikle formasyon suyundan farklı bir bileşime sahip enjekte edilen sularla) fiziksel ve kimyasal etkileşimi süreçleri hakkında; c) kuyu çalışmasının bir sonucu olarak verimli oluşumdaki sıvı hareketinin yönleri hakkında; d) rezervuar geliştirme döneminde rezervuar basıncı ve sıcaklığındaki değişiklikler. Yatağın hacmine göre petrol ve gazın özelliklerindeki değişim kalıpları. Bir yatakta çözünen petrol ve gazın özelliklerinin tam olarak aynı olması oldukça nadir bir olgudur. Petrol yatakları için özelliklerdeki değişiklikler genellikle oldukça doğaldır ve kendilerini öncelikle yoğunluk artışıyla gösterirler. optik yoğunluk oluşumun derinliği arttıkça, yani çatıdan kanatlara ve çatıdan tabana kadar kalın tabakalar halinde, viskozite, asfalt reçineli madde, parafin ve kükürt içeriği. Çoğu birikintideki yoğunluktaki gerçek değişiklik genellikle 0,05-0,07 g/cm3'ü aşmaz. Ancak sıklıkla yoğunluk gradyanı artar ve bunun mutlak değerler Petrol-su temasının hemen yakınında keskin bir artış Çoğu zaman, yalıtım katmanının üzerindeki petrolün yoğunluğu neredeyse sabittir, gün yüzeyine maruz kalan katmanlarla sınırlı ve asfalt-kirk kayalarıyla kapatılmış, "açık" tip yataklarda. Petrolün yoğunluğu derinlik arttıkça azalır, minimuma ulaşır ve daha sonra OWC'ye yaklaştıkça artar. Tanımlanan modeller, kıvrımlı bölgelerdeki yüksek birikinti birikintileri için en tipik olanlardır. Oluşumlarının ana nedeni, rezervuar içindeki gaz, petrol ve suyun tabakalaşmasına benzer şekilde, yatak içindeki yoğunluğa göre petrollerin yerçekimsel farklılaşmasıdır (tabakalaşması). OWC bölgesindeki ve yağların özelliklerinde önemli değişiklikler üst parçalar açık tip yağ birikintileri oksidatif süreçlerle ilişkilidir.

Düşük petrol taşıma seviyesine ve geniş bir OWC bölgesine sahip platform alanlarındaki birikintiler için, yerçekimsel tabakalaşma çok daha zayıftır ve petrollerin özelliklerindeki değişiklikler üzerindeki ana etki, dip suyunun altındaki bölgedeki oksidatif süreçler tarafından uygulanır.

Petrol yoğunluğunun artmasıyla eş zamanlı olarak kural olarak viskozitesi ve asfalt reçineli maddelerin ve parafin içeriği artar, gaz içeriği ve çözünmüş gazların doyma basıncı azalır.

Gazların yüksek difüzyon aktivitesine rağmen, tek bir yataktaki bileşimlerindeki değişkenlik nadir görülen bir olgu olmaktan uzaktır. Kendini en keskin şekilde asidik bileşenlerin içeriğinde gösterir - karbondioksit CO2 ve özellikle hidrojen sülfür H2S. Bölgeleme, genellikle alan üzerindeki hidrojen sülfit konsantrasyonlarında düzenli bir değişiklikle ifade edilen hidrojen sülfit dağılımında gözlenir. Genellikle birikinti yüksekliği boyunca konsantrasyonda bariz düzenli değişiklikler olmaz.

Düşük düzeyde gaz içeriğine ve düşük yoğuşma gazı faktörüne sahip, yağ kenarı olmayan gaz yoğuşma birikintileri, kural olarak oldukça kararlı bir gaz bileşimine, bileşimine ve yoğuşma verimine sahiptir. Bununla birlikte, gaz-yoğuşma birikintisinin yüksekliği 300 m'den fazla olduğunda, yerçekimsel tabakalaşma süreçleri belirgin bir şekilde kendini göstermeye başlar ve formasyonun dip kısmındaki yoğuşma içeriğinde, özellikle de yüksek seviyeli birikintiler için keskin bir şekilde bir artışa yol açar. gaz içeriği seviyesi ve yağ kenarı. Bu durumda, birikintilerin alt kısımlarındaki yoğuşma içeriği, birikintilerin çatısındakinden birkaç kat daha yüksek olabilir. Özellikle, yatağın suya yakın kısmındaki kuyulardaki yoğuşma gazı faktörünün 180 cm3 / m3 olduğu ve gaz-yağ temasının yakınında - 780 cm3 / m3 olduğu örnekler bilinmektedir. bir depozitoda, yoğuşma içeriği 4 kat değişti. 1,5-2 kat dalgalanmalar birçok alanda yaygındır. yüksek zeminler yoğuşma suyu 100 cm3 /m3'ten fazla çıktığında gaz içeriği.

Geri çekildi diferansiyel denklemler(1.2, 1.4) bir sıvıyı veya gazı karakterize eden parametreleri içerir: yoğunluk R , viskozite M gözenekli ortamın parametrelerinin yanı sıra gözeneklilik katsayıları M ve geçirgenlik k . Daha ileri hesaplamalar için bu katsayıların basınca bağımlılığının bilinmesi gerekir.

Damlacık Sıvı Yoğunluğu. Bir damlacık sıvının sabit filtrelenmesiyle yoğunluğunun basınçtan bağımsız olduğu düşünülebilir, yani sıvı sıkıştırılamaz olarak kabul edilebilir: r = sabit .

Kararsız proseslerde, sıvının sıkıştırılabilirliğinin dikkate alınması gerekir. sıvının hacimsel sıkıştırma oranı B . Bu katsayı genellikle sabit kabul edilir:

Son eşitliği entegre ettikten sonra başlangıç ​​değerleri basınç p 0 ve yoğunluk r 0 ile mevcut değerler, şunu elde ederiz:

Bu durumda elde ederiz doğrusal bağımlılık yoğunluk ve basınç.

Gazların yoğunluğu. Basınç ve sıcaklıkta küçük değişiklikler olan sıkıştırılabilir sıvılar (gazlar), hacimsel sıkıştırma ve termal genleşme katsayılarıyla da karakterize edilebilir. Ancak basınç ve sıcaklıktaki büyük değişikliklerle bu katsayılar değişir. geniş sınırlar dahilinde yani yoğunluk bağımlılığı ideal gaz basınç ve sıcaklık esas alınır Clayperon-Mendeleev durum denklemleri:

Nerede R' = R/Mm– gazın bileşimine bağlı olarak gaz sabiti.

Hava ve metan için gaz sabiti sırasıyla eşittir, R΄ hava = 287 J/kg K˚; R΄ metan = 520 J/kg K˚.

Son denklem bazen şu şekilde yazılır:

(1.50)

Son denklemden, bir gazın yoğunluğunun basınca ve sıcaklığa bağlı olduğu açıktır, dolayısıyla gazın yoğunluğu biliniyorsa, o zaman gazın basıncını, sıcaklığını ve bileşimini belirtmek gerekir ki bu da sakıncalıdır. Bu nedenle normal ve standart fiziksel koşullar kavramları tanıtılmaktadır.

Normal koşullar t = 0°C sıcaklığa ve p = 0,1013°MPa'daki basınca karşılık gelir. Normal koşullar altında hava yoğunluğu ρ v.n.us = 1,29 kg/m3'e eşittir.

Standart şartlar t = 20°C sıcaklığa ve p = 0,1013°MPa'daki basınca karşılık gelir. Standart koşullar altında hava yoğunluğu ρ w.st.us = 1,22 kg/m3'e eşittir.

Bu nedenle, belirli koşullar altında bilinen yoğunluktan, diğer basınç ve sıcaklık değerlerinde gaz yoğunluğunu hesaplamak mümkündür:

Rezervuar sıcaklığını hariç tutarak gelecekte kullanacağımız ideal gaz hal denklemini elde ederiz:

Nerede z – gerçek bir gazın durumunun kanundan sapma derecesini karakterize eden katsayı ideal gazlar(süper sıkıştırılabilirlik katsayısı) ve belirli bir gazın basınç ve sıcaklığa bağlı olarak z = z(p, T) . Süper sıkıştırılabilirlik katsayısı değerleri z D. Brown grafiklerine göre belirlenir.

Yağ viskozitesi. Deneyler, yağın (doyma basıncının üzerindeki basınçlarda) ve gazın viskozite katsayılarının artan basınçla arttığını göstermektedir. Basınçtaki önemli değişikliklerle (100 MPa'ya kadar), rezervuar petrollerinin ve doğal gazların viskozitesinin basınca bağımlılığının üstel olduğu varsayılabilir:

(1.56)

Basınçtaki küçük değişiklikler için bu bağımlılık doğrusaldır.

Burada m 0 – sabit basınçta viskozite p 0 ; βm – deneysel olarak ve petrol veya gazın bileşimine bağlı olarak belirlenen katsayı.

Rezervuar gözenekliliği. Gözeneklilik katsayısının basınca nasıl bağlı olduğunu bulmak için sıvıyla dolu gözenekli bir ortamda etkiyen gerilmeler sorusunu ele alalım. Sıvıdaki basınç azaldıkça gözenekli ortamın iskeletine etki eden kuvvet artar, dolayısıyla gözeneklilik azalır.

Katı fazın deformasyonunun düşük olması nedeniyle gözeneklilikteki değişimin basınçtaki değişime doğrusal olarak bağlı olduğuna inanılmaktadır. Kaya sıkıştırılabilirliği kanunu aşağıdaki şekilde yazılmıştır. formasyonun hacimsel elastikiyet katsayısı b c:

Nerede m 0 – basınçta gözeneklilik katsayısı p 0 .

Laboratuvar deneyleri farklı granüler kayaçlar için yapılan arazi çalışmaları formasyonun hacimsel elastisite katsayısının (0,3 - 2) 10 -10 Pa -1 olduğunu göstermektedir.

Basınçtaki önemli değişikliklerle gözeneklilikteki değişiklik aşağıdaki denklemle tanımlanır:

ve büyük olanlar için – üstel:

(1.61)

Kırıklı formasyonlarda geçirgenlik, basınca bağlı olarak gözenekli olanlara göre daha yoğun değişir, bu nedenle kırıklı formasyonlarda bağımlılık dikkate alınır. k(p) granüler olanlardan daha gereklidir.

Formasyonu doyuran sıvı veya gazın ve gözenekli ortamın durum denklemleri diferansiyel denklem sistemini kapatır.

Petrolün fizikokimyasal özellikleri ve onu karakterize eden parametreler: yoğunluk, viskozite, sıkıştırılabilirlik, hacimsel katsayı. Sıcaklık ve basınca bağımlılıkları

Rezervuar yağlarının fiziksel özellikleri, sıcaklığın, basıncın ve çözünmüş gazın etkisiyle belirlenen yüzeydeki gazı giderilmiş yağların özelliklerinden çok farklıdır. Değiştirmek fiziksel özellikler petrol sahalarının tasarımı, geliştirilmesi ve işletilmesi sırasında petrol ve petrol gazı rezervleri hesaplanırken formasyonlardaki varlıklarının termodinamik koşullarıyla ilişkili formasyon yağları dikkate alınır.

Yoğunluk gazı giderilmiş yağ büyük ölçüde değişir - 600 ila 1000 kg/m3 veya daha fazla ve esas olarak hidrokarbon bileşimine ve asfalt reçineli maddelerin içeriğine bağlıdır.

Rezervuar koşullarında petrolün yoğunluğu çözünmüş gaz miktarına, sıcaklığa ve basınca bağlıdır. Basınç arttıkça yoğunluk bir miktar artar, diğer iki faktörün artmasıyla ise azalır. İkinci faktörlerin etkisi daha fazladır. Azot veya karbondioksit ile doyurulmuş yağların yoğunluğu, artan basınçla birlikte biraz artar.

Çözünmüş gaz miktarının ve sıcaklığın etkisi daha güçlüdür. Bu nedenle sondaki gaz yoğunluğu her zaman daha az yoğunluk yüzeyde gazdan arındırılmış yağ. Basınç arttıkça, yağın gaza doygunluğu nedeniyle yağın yoğunluğu önemli ölçüde azalır. Petrolün gazla doyma basıncının üzerindeki basınçtaki artış, petrol yoğunluğunda hafif bir artışa katkıda bulunur.

Formasyon sularının yoğunluğu, basınç, sıcaklık ve çözünmüş gazın yanı sıra tuzluluklarından da büyük ölçüde etkilenir. Formasyon suyundaki tuz konsantrasyonu 643 kg/m3 olduğunda yoğunluğu 1450 kg/m3'e ulaşır.

Hacim katsayısı. Bir gaz bir sıvı içinde çözündüğünde hacmi artar. Rezervuar koşullarında içinde çözünmüş gaz içeren sıvının hacminin, aynı sıvının gazdan arındırıldıktan sonra yüzeydeki hacmine oranına hacimsel katsayı denir.

b=V PL / V POV

burada VPL rezervuar koşullarındaki petrolün hacmidir; V POV - aynı yağın hacmi atmosferik basınç ve gaz giderme sonrasında t=20°C.

Yağ çok çözünebildiğinden büyük sayı hidrokarbon gazı (1 m3 yağda 1000 veya daha fazla m3 bile), termodinamik koşullara bağlı olarak yağın hacimsel katsayısı 3,5 veya daha fazlasına ulaşabilir. Formasyon suyunun hacimsel katsayıları 0,99-1,06'dır.

Geri kazanılan petrolün hacminin rezervuardaki petrolün hacmine göre yüzde olarak ifade edilen azalmasına "büzülme" denir.

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

Basınç, başlangıç ​​rezervuarı p 0'dan doyma basıncına düştüğünde hacimsel katsayı çok az değişir çünkü İçinde çözünmüş gaz bulunan petrol, bu bölgede sıradan zayıf sıkıştırılabilir bir sıvı gibi davranır ve basınç azaldıkça hafifçe genişler. Basınç azaldıkça yavaş yavaş yağdan gaz salınır ve hacimsel oran azalır. Yağ sıcaklığındaki bir artış gazların çözünürlüğünü kötüleştirir, bu da hacimsel katsayıda bir azalmaya yol açar

Viskozite. Bir tanesi en önemli özellikler Yağ viskozitedir. Petrol viskozitesi, sıvının borular yoluyla kaldırılması, kuyuların yıkanması, kuyu ürünlerinin saha içi borular yoluyla taşınması ve kuyu deliğine yakın oluşum bölgelerinin işlenmesi ile ilgili hemen hemen tüm hidrodinamik hesaplamalarda dikkate alınır. çeşitli yöntemler ve ayrıca rezervuardaki petrolün hareketiyle ilgili hesaplamalarda.

Rezervuar petrolünün viskozitesi, çözünmüş gaz içermesi ve koşullar altında olması nedeniyle yüzey petrolünün viskozitesinden çok farklıdır. yüksek tansiyon ve sıcaklıklar. Çözünmüş gaz miktarının ve sıcaklığın artmasıyla yağların viskozitesi azalır.

Doyma basıncının altındaki basınçtaki bir artış, gaz faktörünün artmasına ve bunun sonucunda viskozitenin azalmasına yol açar. Rezervuar yağı için doyma basıncının üzerindeki basınçta bir artış, viskozitede bir artışa yol açar

Promosyonlu moleküler ağırlık Yağın viskozitesi artar. Ayrıca yağın viskozitesini de etkiler büyük etki içindeki parafin ve asfalt reçineli maddelerin içeriği kural olarak artar.

Yağ sıkıştırılabilirliği. Petrolün esnekliği vardır, yani. dış basıncın etkisi altında hacmini değiştirme yeteneği. Bir sıvının esnekliği, basınç değiştiğinde sıvının hacmindeki değişimin orijinal hacmine oranı olarak tanımlanan sıkıştırılabilirlik katsayısı ile ölçülür:

β P =ΔV/(VΔP) , burada

ΔV – yağ hacmindeki değişiklik; V – yağın başlangıç ​​hacmi; ΔP – basınç değişimi

Rezervuar yağının sıkıştırılabilirlik katsayısı bileşime, içindeki çözünmüş gazın içeriğine, sıcaklığa ve mutlak basınca bağlıdır.

Gazdan arındırılmış yağlar (4-7) * 10-10 1/Pa düzeyinde nispeten düşük sıkıştırılabilirlik katsayısına sahiptir ve hafif yağlar önemli miktarçözünmüş gaz - 140*10 -10 1/Pa'ya kadar. Nasıl daha yüksek sıcaklık, onlar daha yüksek katsayı sıkıştırılabilirlik.

Yoğunluk.

Yoğunluk genellikle birim hacimde bulunan bir maddenin kütlesini ifade eder. Buna göre bu miktarın boyutu kg/m3 veya g/cm3 olur.

ρ=m/V

Rezervuar koşullarında petrolün yoğunluğu, içinde çözünen gaz ve sıcaklığın artması nedeniyle azalır. Ancak basınç doyma basıncının altına düştüğünde, petrol yoğunluğunun bağımlılığı monotonik değildir ve basınç doyma basıncının üzerine çıktığında petrol sıkıştırılır ve yoğunluk bir miktar artar.

Yağ viskozitesi.

Viskozite, karşılıklı olarak hareket ettiklerinde birim yüzey alanı başına bir sıvı veya gaz içindeki iki bitişik katman arasında ortaya çıkan sürtünme kuvvetini (iç direnç) karakterize eder.

Yağ viskozitesi belirlenir deneysel olaraközel bir viskozimetre VVD-U üzerinde. Viskozimetrenin çalışma prensibi, metal bir topun test edilen sıvıya düşme süresinin ölçülmesine dayanır.

Yağın viskozitesi aşağıdaki formülle belirlenir:

μ = t (ρ w – ρ f) k

t – topun düşme zamanı, s

ρ w ve ρ w - topun ve sıvının yoğunluğu, kg/m3

k – viskozimetre sabiti

Sıcaklıktaki artış yağın viskozitesinde azalmaya neden olur (Şekil 2.a). Doyma basıncının altındaki basınçtaki bir artış, gaz faktörünün artmasına ve bunun sonucunda viskozitenin azalmasına yol açar. Rezervuar yağı için doyma basıncının üzerindeki basınç artışı, viskozitenin artmasına neden olur (Şekil 2.b).

Minimum viskozite değeri, formasyondaki basınç, formasyon doyma basıncına eşit olduğunda ortaya çıkar.

Yağ sıkıştırılabilirliği

Petrolün esnekliği vardır. Elastik özellikler Yağlar, yağın sıkıştırılabilirlik katsayısına göre değerlendirilir. Yağın sıkıştırılabilirliği, bir sıvının basıncın etkisi altında hacmini değiştirme yeteneğini ifade eder:

βn = (1)

β n – yağın sıkıştırılabilirlik katsayısı, MPa -1-

Vn – yağın başlangıç ​​hacmi, m3

∆V – basınç ölçümünün etkisi altında yağ hacminin ölçümü ∆Р

Sıkıştırılabilirlik katsayısı, birim başına basınçtaki değişiklikle birlikte yağın birim hacmindeki göreceli değişimi karakterize eder. Rezervuar yağının bileşimine, sıcaklığa ve mutlak basınca bağlıdır. Sıcaklık arttıkça sıkıştırılabilirlik katsayısı artar.

Hacim katsayısı

Hacimsel katsayı, rezervuar koşullarındaki petrolün hacminin, yüzeye gaz çıktıktan sonra aynı petrolün hacmini kaç kat aştığını gösteren bir değer olarak anlaşılmaktadır.

in = V pl /V para

c – hacimsel katsayı

Vpl veVdeg – rezervuar ve gazdan arındırılmış yağ hacimleri, m 3

Basınç, başlangıç ​​rezervuarı p 0'dan doyma basıncına (ab segmenti) düştüğünde hacimsel katsayı çok az değişir, çünkü İçinde çözünmüş gaz bulunan petrol, bu bölgede sıradan zayıf sıkıştırılabilir bir sıvı gibi davranır ve basınç azaldıkça hafifçe genişler.

Basınç azaldıkça yavaş yavaş yağdan gaz salınır ve hacimsel oran azalır. Yağ sıcaklığındaki bir artış, gazların çözünürlüğünü kötüleştirir ve bu da hacimsel katsayıda bir azalmaya yol açar.