Kā aprēķināt gāzes spiedienu traukā. Gāzes spiediens

Spēki, kas iedarbojas uz gumijas plēvi, ir

abās pusēs ir vienādas.

Mēs bieži sastopamies ar saziņas kuģiem. Piemēram, tā varētu būt tējkanna, lejkanna vai kafijas kanna.

Viendabīga šķidruma virsmas ir uzstādītas vienā līmenī jebkuras formas saziņas traukos.

Dažāda blīvuma šķidrumi.

Bet S·h = V, kur V ir paralēlskaldņa tilpums, un ρ f · V = m f ir šķidruma masa paralēlskaldņa tilpumā. Tāpēc

F out = g m w = P w,

t.i. peldošais spēks ir vienāds ar šķidruma svaru tajā iegremdētā ķermeņa tilpumā(peldošais spēks ir vienāds ar tāda paša tilpuma šķidruma svaru kā tajā iegremdētā ķermeņa tilpums).

Eksperimentāli ir viegli noteikt spēku, kas izspiež ķermeni no šķidruma.

Attēlā A parādīts korpuss, kas piekārts atsperei ar bultiņas rādītāju galā. Bultiņa apzīmē statīva atsperes spriegojumu. Kad ķermenis tiek izlaists ūdenī, avots saraujas (Zīm. b). Tāda pati atsperes saraušanās tiks iegūta, ja ar kādu spēku iedarbosieties uz ķermeni no apakšas uz augšu, piemēram, spiedīsiet ar roku (celsiet).

Tāpēc pieredze to apstiprina uz šķidrumā esošo ķermeni iedarbojas spēks, kas izstumj ķermeni no šķidruma.

Kā zināms, Paskāla likums attiecas arī uz gāzēm. Tieši tāpēc gāzēs esošie ķermeņi ir pakļauti spēkam, kas tos izspiež no gāzes. Šī spēka ietekmē baloni paceļas uz augšu. Eksperimentāli var novērot arī tāda spēka esamību, kas izspiež ķermeni no gāzes.

No saīsinātās skalas pannas pakarinām stikla lodi vai lielu kolbu, kas aizvērta ar aizbāzni. Svari ir līdzsvaroti. Tad zem kolbas (vai lodītes) novieto platu trauku tā, lai tas apņemtu visu kolbu. Kuģis ir piepildīts ar oglekļa dioksīdu, kura blīvums ir lielāks par gaisa blīvumu (tāpēc oglekļa dioksīds nokrīt un piepilda trauku, izspiežot no tā gaisu). Šajā gadījumā tiek traucēts svaru līdzsvars. Krūze ar piekaramo kolbu paceļas uz augšu (Zīm.). Oglekļa dioksīdā iegremdēta kolba piedzīvo lielāku peldspējas spēku nekā spēks, kas uz to iedarbojas gaisā.

Spēks, kas izspiež ķermeni no šķidruma vai gāzes, ir vērsts pretēji šim ķermenim pieliktajam gravitācijas spēkam.

Tāpēc prolkosmos). Tieši tāpēc ūdenī mēs dažreiz viegli paceļam ķermeņus, kurus mums ir grūti noturēt gaisā.

No atsperes ir piekārts neliels spainis un cilindrisks korpuss (att. a). Bultiņa uz statīva iezīmē atsperes stiepšanos. Tas parāda ķermeņa svaru gaisā. Pēc korpusa pacelšanas zem tā tiek novietots liešanas trauks, kas piepildīts ar šķidrumu līdz liešanas caurules līmenim. Pēc tam ķermenis ir pilnībā iegremdēts šķidrumā (att., b). Tajā pašā laikā tiek izlieta daļa šķidruma, kura tilpums ir vienāds ar ķermeņa tilpumu no liešanas trauka glāzē. Atspere saraujas un atsperes rādītājs paceļas, norādot uz ķermeņa masas samazināšanos šķidrumā. Šajā gadījumā papildus gravitācijai uz ķermeni iedarbojas cits spēks, kas to izspiež no šķidruma. Ja šķidrums no glāzes tiek ielejams augšējā spainī (t.i., šķidrums, ko izspieda ķermenis), atsperes rādītājs atgriezīsies sākotnējā pozīcijā (att., c).

Balstoties uz šo pieredzi, var secināt, ka spēks, kas izspiež ķermeni, kas ir pilnībā iegremdēts šķidrumā, ir vienāds ar šķidruma svaru šī ķermeņa tilpumā . Tādu pašu secinājumu saņēmām 48.§.

Ja līdzīgu eksperimentu veiktu ar ķermeni, kas iegremdēts kādā gāzē, tas to parādītu spēks, kas izspiež ķermeni no gāzes, ir arī vienāds ar ķermeņa tilpumā ņemtās gāzes svaru .

Tiek saukts spēks, kas izspiež ķermeni no šķidruma vai gāzes Arhimēda spēks, par godu zinātniekam Arhimēds , kurš pirmais norādīja uz tā esamību un aprēķināja tā vērtību.

Tātad pieredze ir apstiprinājusi, ka Arhimēda (vai peldošais) spēks ir vienāds ar šķidruma svaru ķermeņa tilpumā, t.i. F A = P f = g m un. Ķermeņa izspiestā šķidruma masu mf var izteikt ar tā blīvumu ρf un šķidrumā iegremdētā ķermeņa tilpumu Vt (jo Vf - ķermeņa izspiestā šķidruma tilpums ir vienāds ar Vt - iegremdētā ķermeņa tilpumu šķidrumā), t.i., m f = ρ f ·V t.

F A= g·ρ un · V T

Līdz ar to Arhimēda spēks ir atkarīgs no šķidruma blīvuma, kurā ķermenis ir iegremdēts, un no šī ķermeņa tilpuma. Bet tas nav atkarīgs, piemēram, no šķidrumā iegremdētās ķermeņa vielas blīvuma, jo šis daudzums nav iekļauts iegūtajā formulā.

Tagad noteiksim šķidrumā (vai gāzē) iegremdēta ķermeņa svaru. Tā kā šajā gadījumā divi spēki, kas iedarbojas uz ķermeni, ir vērsti pretējos virzienos (smaguma spēks ir uz leju, bet Arhimēda spēks ir uz augšu), tad ķermeņa svars šķidrumā P 1 būs mazāks svarsķermeņi vakuumā P = g m par Arhimēda spēku F A = g m w (kur m g - ķermeņa izspiestā šķidruma vai gāzes masa).

Tādējādi ja ķermenis ir iegremdēts šķidrumā vai gāzē, tas zaudē tikpat daudz svara, cik sver tā izspiestais šķidrums vai gāze.

Piemērs. Nosaka peldošo spēku, kas iedarbojas uz akmeni, kura tilpums ir 1,6 m 3 jūras ūdenī.

Pierakstīsim problēmas nosacījumus un risināsim to.

Kad peldošais ķermenis sasniedz šķidruma virsmu, tad ar tā tālāku kustību uz augšu Arhimēda spēks samazināsies. Kāpēc? Bet tāpēc, ka šķidrumā iegremdētās ķermeņa daļas tilpums samazināsies, un Arhimēda spēks ir vienāds ar šķidruma svaru tajā iegremdētās ķermeņa daļas tilpumā.

Kad Arhimēda spēks kļūst vienāds ar gravitācijas spēku, ķermenis apstāsies un peld uz šķidruma virsmas, daļēji iegremdējot tajā.

Iegūto secinājumu var viegli pārbaudīt eksperimentāli.

Ielejiet ūdeni drenāžas traukā līdz drenāžas caurules līmenim. Pēc tam peldošo ķermeni iegremdēsim traukā, iepriekš to nosverot gaisā. Nokāpis ūdenī, ķermenis izspiež ūdens tilpumu, kas vienāds ar tajā iegremdētās ķermeņa daļas tilpumu. Nosverot šo ūdeni, mēs atklājam, ka tā svars (Arhimēda spēks) ir vienāds ar gravitācijas spēku, kas iedarbojas uz peldošu ķermeni, vai šī ķermeņa svaru gaisā.

Veicot tos pašus eksperimentus ar jebkuriem citiem ķermeņiem, kas peld dažādos šķidrumos - ūdenī, spirtā, sāls šķīdumā, varat būt pārliecināti, ka ja ķermenis peld šķidrumā, tad tā izspiestā šķidruma svars vienāds ar svarušis ķermenis gaisā.

To ir viegli pierādīt ja cietas cietas vielas blīvums ir lielāks par šķidruma blīvumu, tad ķermenis tādā šķidrumā grimst. Šajā šķidrumā peld ķermenis ar mazāku blīvumu. Piemēram, dzelzs gabals nogrimst ūdenī, bet peld dzīvsudrabā. Ķermenis, kura blīvums ir vienāds ar šķidruma blīvumu, šķidruma iekšpusē paliek līdzsvarā.

Ledus peld uz ūdens virsmas, jo tā blīvums ir mazāks par ūdens blīvumu.

Jo mazāks ķermeņa blīvums salīdzinājumā ar šķidruma blīvumu, jo mazāk ķermeņa daļas ir iegremdētas šķidrumā .

Plkst vienādi blīvumiķermeņi un šķidrumi ķermenis peld šķidrumā jebkurā dziļumā.

Tvertnē atbilstoši to blīvumam atrodas divi nesajaucami šķidrumi, piemēram, ūdens un petroleja: trauka apakšējā daļā - blīvāks ūdens (ρ = 1000 kg/m3), augšpusē - vieglāka petroleja (ρ = 800 kg). /m3) .

Vidējais dzīvo organismu blīvums ūdens vide, maz atšķiras no ūdens blīvuma, tāpēc to svaru gandrīz pilnībā līdzsvaro Arhimēda spēks. Pateicoties tam, ūdens dzīvniekiem nav vajadzīgi tik spēcīgi un masīvi skeleti kā sauszemes. Tā paša iemesla dēļ ūdensaugu stumbri ir elastīgi.

Zivs peldpūslis viegli maina tilpumu. Kad zivs ar muskuļu palīdzību nolaižas lielākā dziļumā un palielinās ūdens spiediens uz to, burbulis saraujas, zivs ķermeņa apjoms samazinās, un tā netiek stumta uz augšu, bet peld dziļumā. Tādējādi zivs noteiktās robežās var regulēt savas niršanas dziļumu. Vaļi regulē niršanas dziļumu, samazinot un palielinot plaušu kapacitāti.

Kuģu kuģošana.

Kuģi, kas kuģo pa upēm, ezeriem, jūrām un okeāniem, ir būvēti no dažādiem materiāliem ar dažādu blīvumu. Kuģu korpuss parasti ir izgatavots no tērauda loksnēm. Arī visi iekšējie stiprinājumi, kas dod kuģiem izturību, ir izgatavoti no metāliem. Izmanto kuģu būvēšanai dažādi materiāli, kam ir gan lielāks, gan mazāks blīvums salīdzinājumā ar ūdeni.

Kā kuģi peld, uzņem un pārvadā lielas kravas?

Eksperiments ar peldošu ķermeni (§ 50) parādīja, ka ķermenis ar savu zemūdens daļu izspiež tik daudz ūdens, ka šī ūdens svars ir vienāds ar ķermeņa svaru gaisā. Tas attiecas arī uz jebkuru kuģi.

Kuģa zemūdens daļas izspiestā ūdens svars ir vienāds ar kuģa svaru ar kravu gaisā vai gravitācijas spēku, kas iedarbojas uz kuģi ar kravu.

Dziļumu, kādā kuģis ir iegremdēts ūdenī, sauc melnraksts . Maksimālā pieļaujamā iegrime ir atzīmēta uz kuģa korpusa ar sarkanu līniju sauc ūdenslīnija (no holandiešu valodas. ūdens- ūdens).

Ūdens svars, ko kuģis izspiež, kad tas ir iegremdēts līdz ūdenslīnijai vienāds ar spēku gravitāciju, kas iedarbojas uz kuģi ar kravu, sauc par kuģa pārvietojumu.

Pašlaik naftas pārvadāšanai tiek būvēti kuģi ar ūdensizspaidu 5 000 000 kN (5 × 10 6 kN) vai lielāku, tas ir, kuru masa kopā ar kravu ir 500 000 tonnas (5 × 105 t) vai vairāk.

Ja no pārvietojuma atņemam paša kuģa svaru, iegūstam šī kuģa kravnesību. Kravnesība parāda kuģa pārvadātās kravas svaru.

Kuģu būve pastāvēja Senajā Ēģiptē, Feniķijā (tiek uzskatīts, ka feniķieši bija vieni no labākajiem kuģu būvētājiem) un Senajā Ķīnā.

Krievijā kuģu būve radās 17. un 18. gadsimta mijā. Pārsvarā tika būvēti karakuģi, taču tieši Krievijā tika uzbūvēti pirmie ledlauži un motorkuģi iekšējā degšana, kodolledlauzis"Arktika".

Aeronautika.

Zīmējums, kurā aprakstīts 1783. gada brāļu Montgolfjē balons: “Skats un precīzi balona izmēri Globuss"Kurš bija pirmais." 1786. gads

Kopš seniem laikiem cilvēki ir sapņojuši par iespēju lidot virs mākoņiem, peldēt gaisa okeānā, kā viņi peldēja jūrā. Aeronautikai

Sākumā viņi izmantoja balonus, kas bija piepildīti ar sakarsētu gaisu, ūdeņradi vai hēliju.

Lai balons paceltos gaisā, ir nepieciešams, lai Arhimēda spēks (peldspēja) F Darbība uz bumbu bija lielāka par gravitācijas spēku F smags, t.i. F A > F smags

Kad bumba paceļas uz augšu, Arhimēda spēks, kas iedarbojas uz to, samazinās ( F A = gρV), jo atmosfēras augšējo slāņu blīvums ir mazāks nekā Zemes virsmas blīvums. Lai paceltos augstāk, no bumbas tiek nomests īpašs balasts (atsvars), un tas atvieglo bumbu. Galu galā bumba sasniedz maksimālo pacelšanas augstumu. Lai atbrīvotu bumbu no tās apvalka, daļa gāzes tiek atbrīvota, izmantojot īpašu vārstu.

Horizontālā virzienā balons pārvietojas tikai vēja ietekmē, tāpēc to sauc balons (no grieķu val aer- gaiss, stato- stāvus). Ne tik sen atmosfēras augšējo slāņu un stratosfēras pētīšanai tika izmantoti milzīgi baloni - stratosfēras baloni .

Pirms viņi iemācījās būvēt lielas lidmašīnas pasažieru un kravas pārvadāšanai pa gaisu, tika izmantoti kontrolēti baloni - dirižabļi. Tiem ir iegarena forma, zem korpusa ir piekārta gondola ar dzinēju, kas dzen dzenskrūvi.

Balons ne tikai paceļas pats, bet var arī pacelt kādu kravu: salonu, cilvēkus, instrumentus. Tāpēc, lai noskaidrotu, kādu slodzi gaisa balons spēj pacelt, tā ir jānosaka lifts.

Ļaujiet, piemēram, ar hēliju piepildītu balonu, kura tilpums ir 40 m 3, palaist gaisā. Hēlija masa, kas aizpilda lodītes apvalku, būs vienāda ar:
m Ge = ρ Ge V = 0,1890 kg/m 3 40 m 3 = 7,2 kg,
un tā svars ir:
P Ge = g m Ge; P Ge = 9,8 N/kg · 7,2 kg = 71 N.
Peldošais spēks (Arhimēds), kas iedarbojas uz šo bumbu gaisā, ir vienāds ar gaisa svaru ar tilpumu 40 m 3, t.i.
F A = ​​​​g·ρ gaiss V; F A = ​​9,8 N/kg · 1,3 kg/m3 · 40 m3 = 520 N.

Tas nozīmē, ka šī bumba var pacelt kravu, kas sver 520 N – 71 N = 449 N. Tas ir tās pacelšanas spēks.

Tāda paša tilpuma balons, bet piepildīts ar ūdeņradi, var pacelt 479 N lielu slodzi. Tas nozīmē, ka tā pacelšanas spēks ir lielāks nekā balonam, kas piepildīts ar hēliju. Bet hēliju joprojām izmanto biežāk, jo tas nedeg un tāpēc ir drošāks. Ūdeņradis ir uzliesmojoša gāze.

Ar karstu gaisu piepildītu bumbiņu pacelt un nolaist ir daudz vieglāk. Lai to izdarītu, zem cauruma, kas atrodas lodītes apakšējā daļā, atrodas deglis. Izmantojot gāzes degli, jūs varat regulēt gaisa temperatūru bumbas iekšpusē un līdz ar to arī tās blīvumu un peldošo spēku. Lai bumbiņa paceltos augstāk, pietiek ar to spēcīgāk uzsildīt tajā esošo gaisu, palielinot degļa liesmu. Samazinoties degļa liesmai, gaisa temperatūra bumbiņā samazinās un bumba iet uz leju.

Jūs varat izvēlēties lodītes temperatūru, pie kuras bumbas un kabīnes svars būs vienāds ar peldošo spēku. Tad bumba karāsies gaisā, un no tās būs viegli veikt novērojumus.

Zinātnei attīstoties, aeronavigācijas tehnoloģijās notika būtiskas izmaiņas. Bija iespējams izmantot jaunus balonu apvalkus, kas kļuva izturīgi, sala izturīgi un viegli.

Sasniegumi radiotehnikas, elektronikas un automatizācijas jomā ir ļāvuši projektēt bezpilota balonus. Šos balonus izmanto gaisa straumju pētīšanai, ģeogrāfiskiem un biomedicīnas pētījumiem atmosfēras zemākajos slāņos.

Kā mainās ideālās gāzes spiediens?

Ideāla gāze ir fiziskais modelis gāze Šis modelis praktiski neņem vērā molekulu mijiedarbību savā starpā. To izmanto, lai aprakstītu gāzu uzvedību no matemātiskā viedokļa. Šim modelim ir šādas gāzes īpašības:

• molekulu izmērs ir lielāks par attālumu starp molekulām;
• molekulas ir apaļas bumbiņas;
• Molekulas atgrūž viena no otras un no trauka sienām tikai pēc sadursmes. Sadursmes ir ideāli elastīgas;
• molekulas pārvietojas saskaņā ar Ņūtona likumiem.

Ir vairāki ideālās gāzes veidi:

• klasiskā;
• kvantu (uzskata par ideālu gāzi apstākļos, kad temperatūra pazeminās un attālums starp molekulām palielinās);
• gravitācijas laukā (ņem vērā ideālas gāzes īpašību izmaiņas gravitācijas laukā).

Tālāk mēs apsvērsim klasisko ideālo gāzi.

Kā noteikt ideālās gāzes spiedienu?

Visu fundamentālā atkarība ideālās gāzes izteikts, izmantojot Mendeļejeva-Klapeirona vienādojumu.

PV=(m/M).RT [Formula 1]

• P - spiediens. Mērvienība: Pa (paskāls)
• R=8,314 ir universālā gāzes konstante. Mērvienība — (J/mol.K)
• T - temperatūra
• V - apjoms
• m - gāzes masa
• M— molārā masa gāze Mērvienība - (g/mol).

P = nkT [Formula 2]

2. formula parāda, ka ideālās gāzes spiediens ir atkarīgs no molekulu koncentrācijas un temperatūras. Ja ņemam vērā ideālās gāzes īpašības, tad n tiks noteikts pēc formulas:

n = mNа/MV [Formula 3]

• N ir molekulu skaits traukā
• N a - Avogadro konstante

Aizstājot formulu 3 ar formulu 2, mēs iegūstam:

• PV = (m/M)Nа kT [Formula 4]
• k*N a = R [Formula 5]

Konstante R ir konstante vienam molam gāzes Mendeļejeva-Klapeirona vienādībā (atcerieties: nemainīgā spiedienā un temperatūrā 1 mols dažādu gāzu aizņem tādu pašu tilpumu).

Tagad atvasināsim ideālas gāzes spiediena vienādojumu

m/M = ν [Formula 6]

• kur ν ir vielas daudzums. Mērvienība: mols

Mēs iegūstam ideālo gāzes spiediena vienādojumu, formula ir dota zemāk:

P=νRT/V [Formula 7]

• kur P ir spiediens. Mērvienība: Pa (paskāls)
• R= 8,314 - universālā gāzes konstante. Mērvienība — (J/mol.K)
• T - temperatūra
• V — apjoms.

Kā mainīsies ideālās gāzes spiediens?

Izanalizējot 7. vienādību, redzams, ka ideālās gāzes spiediens ir proporcionāls temperatūras un koncentrācijas izmaiņām.

Ideālas gāzes stāvoklī ir iespējamas izmaiņas visos parametros, no kuriem tas ir atkarīgs, un ir iespējamas arī izmaiņas dažos no tiem. Apskatīsim visticamākās situācijas:

• Izotermisks process. Šo procesu raksturo fakts, ka temperatūra tajā būs nemainīga (T = const). Ja vienādojumā 1 aizvietosim nemainīgu temperatūru, mēs redzēsim, ka arī reizinājuma P*V vērtība būs nemainīga.
  • PV = konst. [Formula 8]

Vienādība 8 parāda saistību starp gāzes tilpumu un tās spiedienu nemainīgā temperatūrā. Šo vienādojumu 17. gadsimtā eksperimentāli atklāja fiziķi Roberts Boils un Edme Mariote. Par godu vienādojums tika nosaukts par Boila-Mariotas likumu.

• Izohorisks process. Šajā procesā gāzes tilpums, masa un tās molārā masa paliek nemainīga. V = const, m = const, M = const. Tādējādi mēs iegūstam ideālas gāzes spiedienu. Formula ir parādīta zemāk:
  • P= P 0 AT [Formula 9]
  • kur: P ir gāzes spiediens absolūtā temperatūrā,
  • P 0 - gāzes spiediens 273°K (0°C) temperatūrā,
  • A ir spiediena temperatūras koeficients. A = (1/273,15) K -1

Šo atkarību 19. gadsimtā eksperimentāli atklāja fiziķis Čārlzs. Tāpēc vienādojumam ir tā veidotāja vārds - Kārļa likums.

Izohorisku procesu var novērot, ja gāzi karsē nemainīgā tilpumā.

• Izobāriskais process. Šim procesam spiediens, gāzes masa un tās molārā masa būs nemainīga. P = const, m = const, M = const. Izobāriskā procesa vienādojumam ir šāda forma:
  • V/T = nemainīgs vai V = V 0 AT [Formula 10]
  • kur: V 0 ir gāzes tilpums 273° K (0° C) temperatūrā;
  • A = (1/273,15) K -1.

Šajā formulā koeficients A darbojas kā temperatūras koeficients gāzes tilpuma izplešanai.

Šīs attiecības 19. gadsimtā atklāja fiziķis Džozefs Gejs-Lussaks. Tāpēc šī vienlīdzība nes savu nosaukumu – Gaja-Lusaka likums.

Ja paņemsiet stikla kolbu, kas savienota ar caurulīti, kuras atvere ir aizvērta ar šķidrumu, un uzsildīsiet konstrukciju, varēsiet novērot izobārisku procesu.

Ir vērts atzīmēt, ka gaiss istabas temperatūra piemīt ideālai gāzei līdzīgas īpašības.

Ir vērts izvēlēties sistēmu, kas sadala gāzveida vielu pēc kritērija, kas novērtē spiedienu, samazinājuma līmeni un gāzesvadu sadales sistēmu (tie var būt gredzenveida, strupceļa un jauktie gāzes vadi) uzbūves principus, pamatojoties uz ekonomiski nepareizi aprēķini un tehniskās īpašības. Ņemot vērā patērējošās gāzes līmeņa tilpumu, strukturālās nianses un blīvuma īpašības, uzticamību un drošais režīms gāzes apgādes sistēma, papildus vietējās ēkas un darbības īpatnības.

Gāzes cauruļvadu veidi

Gāzes cauruļvadu sistēmas ir saistītas ar gāzveida vielas spiediena līmeņiem, kas pārvietojas pa tām, un ir sadalītas šādos veidos:

1. Gāzes cauruļvada konstrukcija ar pirmās pakāpes augsta spiediena klātbūtni gāzes vielas darba spiediena apstākļos 0,71,3 MPa robežās. dabiska viela un gāzes-gaisa maisījums un līdz 1,7 MPa sašķidrinātai naftas gāzei;

2. Gāzes vads ar otrās kategorijas augsta spiediena līmeni spiediena apstākļos 0,40,7 MPa robežās;

3. Gāzesvada konstrukcijai ar vidējiem spiediena rādītājiem darba spiediens ir 0,0060,4 MPa robežās;

4. Gāzes kanāls ar zema spiediena spiediena līmeni līdz 0,006 MPa.

Gāzes apgādes sistēmu veidi

Gāzes apgādes sistēmai var būt šādi veidi:

1. Vienlīmeņa, kur gāze patērētājiem tiek piegādāta tikai pa gāzes cauruļvada ražojumu ar vienādiem spiediena indikatoriem (zemu vai vidēju);

2. Divlīmeņu, kur gāze tiek piegādāta patērētāju lokam pa gāzesvada konstrukciju ar diviem dažādi veidi spiediens (vidēji zema vai vidēji augsta līmeņa rādītāji 1 vai 2 vai augsti 2. kategorijas rādītāji zemi);

3. Trīs līmeņu, kur gāzes vielas izvadīšana tiek veikta pa gāzes vadu ar trīs spiedieniem (pirmā vai otrā līmeņa augstais, vidējs un zems);

4. Daudzlīmeņu, kurā gāze pārvietojas pa gāzes vadiem ar četru veidu spiedienu: augsts 1. un 2. līmenis, vidējs un zems.

Gāzes cauruļvadu sistēmas ar dažādu spiedienu, kas ir iekļautas gāzes apgādes sistēmā, ir jāsavieno, izmantojot hidraulisko lūzumu un spiediena cauruļvadus.

Rūpnieciskā sektora apkures iekārtām un katlu iekārtām, kas ir atdalītas no gāzes vadiem, tiek uzskatīta par pieņemamu gāzes vielas izmantošanu ar pieejamo spiedienu 1,3 MPa robežās, ja šādi spiediena rādītāji ir nepieciešami tehniskā procesa specifikai. Daudzstāvu dzīvojamai ēkai apdzīvotā vietā, vietās, kur atrodas būves, nav iespējams ierīkot gāzes vadu sistēmu ar spiediena rādītāju, kas lielāks par 1,2 MPa publiskai lietošanai, vietās, kur ir daudz cilvēku, piemēram, tirgū, stadionā, iepirkšanās centrs, teātra ēka.

Pašreizējās gāzes apgādes līniju sadales sistēmas sastāv no sarežģīta konstrukciju kopuma, kas, savukārt, izpaužas kā pamatelementi, piemēram, gāzes gredzens, strupceļš un jaukti tīkli ar zemu, vidēju un augstu spiediena līmeni. Tie tiek likti pilsētu teritorijās, citos apdzīvotās vietās, apkaimes vai ēku centrā. Turklāt tos var izvietot gāzes sadales stacijas, gāzes kontroles punkta un instalācijas, sakaru sistēmas, automātiskās instalācijas un telemehāniskās iekārtas.

Visai struktūrai bez problēmām jānodrošina patērētāju gāzes piegāde. Konstrukcijā jābūt atvienošanas ierīcei, kas ir vērsta uz atsevišķiem tā elementiem un gāzesvada posmiem, lai veiktu remontu un novērstu avārijas situācijas. Cita starpā tas nodrošina netraucētu gāzes vielas transportēšanu līdz gāzes patērētājiem, ir vienkāršs mehānisms, droša, uzticama un ērta darbība.

Nepieciešams projektēt visa reģiona, pilsētas vai ciema gāzes apgādi, pamatojoties uz shematiskiem rasējumiem un teritorijas plānojumu, pilsētas ģenerālplānu, ņemot vērā ilgtermiņa attīstību. Visi elementi, ierīces, mehānismi un galvenās daļas gāzes apgādes sistēmā jāizmanto vienādi.

Sadales sistēmu un gāzesvada (gredzena, strupceļa, jaukta) izbūves principus ir vērts izvēlēties, balstoties uz tehniski ekonomisko aprēķinu operācijām, ņemot vērā gāzes patēriņa apjomu, struktūru un blīvumu.

Izvēlētajai sistēmai ir jābūt ar vislielāko efektivitāti no ekonomiskā viedokļa, jāietver būvniecības procesi un jāspēj daļēji nodot ekspluatācijā gāzes apgādes sistēmu.

Gāzes cauruļvadu klasifikācija

Gāzes apgādes sistēmas galvenās daļas ir gāzes cauruļvadu konstrukcijas, kurām ir veidi atkarībā no gāzes spiediena un mērķa. Atkarībā no augstākajiem transportējamās gāzes spiedieniem, gāzes cauruļvadu konstrukcijas ir sadalīti šādos veidos:

1. Gāzesvada konstrukcija ar pirmā līmeņa augsta spiediena indikatoriem gāzveida vielu apstākļos spiediena indikatoriem virs 0,7 MPa, līdz 1,7 MPa SGU;

2. Gāzes cauruļvada produkts ar otrā līmeņa augsta spiediena līmeņiem režīmā, kas lielāks par 0,4 MPa un līdz 0,7 MPa;

3. Stieples ar vidējo spiediena līmeni virs 0,005 MPa un mainīgu līdz 0,4 MPa;

4. Dizains ar zemu veiktspēju, proti, līdz 0,004 MPa.

Gāzes cauruļvadu sistēma ar zema spiediena līmeņiem tiek izmantota gāzes pārvietošanai uz dzīvojamām ēkām un sabiedriskām ēkām, uz ēdināšanas iestādēm, kā arī uz katlu telpām un sadzīves uzņēmumiem. Zemspiediena gāzesvadu sistēmai ir atļauts pieslēgt mazās patērētāju iekārtas un katlu mājas. Bet lielus komunālos pakalpojumus nevar pieslēgt līnijām ar zema spiediena indikatoriem, jo ​​nav jēgas pa to pārvietot lielu gāzes daudzumu, tam nav ekonomiska labuma.

Gāzesvada projekts ar vidēja un augsta spiediena režīmiem paredzēts kā barošanas avots pilsētas sadales tīklam ar zemu un vidēju spiedienu rūpniecisko darbnīcu un pašvaldības iestāžu gāzesvadā.

Pilsētas augstspiediena gāzes vads tiek uzskatīts par galveno līniju, kas apgādā milzīgo pilsētu. Tas ir izgatavots kā milzīgs, pusgredzens vai ir radiāls izskats. Pēc viņas teiktā gāzveida viela piegādā caur hidraulisko sašķelšanu vidēja un augsta līmeņa tīkliem, turklāt lieliem rūpniecības uzņēmumiem, kuru tehnoloģiskajam procesam ir nepieciešama gāzes klātbūtne ar darbības režīmu, kas pārsniedz 0,8 MPa.

Pilsētas gāzes apgādes sistēma

Gāzes spiediena indikatori cauruļvadā līdz 0,003 MPa

Pilsētas gāzes apgādes sistēma ir nopietns mehānisms, ieskaitot būves tehniskās ierīces un cauruļvadi, kas ved gāzi līdz galamērķim un sadala to starp uzņēmumiem, komunālajiem pakalpojumiem un patērētājiem, pamatojoties uz pieprasījumu.

Tas ietver šādas struktūras:
1. Gāzes tīkls ar zemu, vidēju un augstu klimatu;

2. Gāzes kontroles stacija;

3. Gāzes kontroles punkts;

4. Gāzes kontroles iekārtas;

5. Vadības ierīce un automātiskā vadības sistēma;

6. Nosūtīšanas ierīces;
7. Operatīvā sistēma.

Gāzveida viela tiek piegādāta pa gāzes vadu caur gāzes kontroles stacijām tieši pilsētas gāzes vadā. Gāzes sadales stacijā spiediena indikatori pazeminās ar regulatora automātisko vārstu palīdzību un visu laiku paliek nemainīgi pilsētas patēriņam vajadzīgajā līmenī. Tehniskie speciālisti iekļauj GDS shēmā sistēmu, kas nodrošina aizsardzību automātiski. Turklāt tas garantē spiediena rādītāju uzturēšanu pilsētas līnijā, kā arī nodrošina, lai tie nepārsniegtu pieļaujamo līmeni. No gāzes kontroles stacijām gāzes viela pa gāzes vadu nonāk pie patērētājiem.

Tā kā pilsētas gāzes apgādes sistēmu galvenais elements ir gāzes līnijas, kas sastāv no gāzes cauruļvadu spiediena indikatoru atšķirībām, tos var uzrādīt šādos veidos:

1. Līnija ar zema spiediena līmeņiem līdz 4 kPa;

2. Līnija ar vidējām spiediena vērtībām līdz 0,4 MPa;

3. Tīkls ar otrā līmeņa augstspiediena režīmu līdz 0,7 MPa;

4. Tīkli ar augstiem pirmā līmeņa rādījumiem līdz 1,3 MPa.

Pa gāzesvadu konstrukcijām ar zema spiediena līmeņiem gāze pārvietojas un tiek izplatīta uz dzīvojamām un sabiedriskām ēkām un dažādām telpām, kā arī uz mājsaimniecības uzņēmumu darbnīcām.

Gāzes cauruļvadā, kas atrodas dzīvojamā ēkā, ir pieļaujamas spiediena vērtības līdz 3 kPa, bet sadzīves uzņēmuma telpās un sabiedriskās ēkās - līdz 5 kPa. Parasti spiediens līnijā tiek uzturēts zemā līmenī (līdz 3 kPa), un visas konstrukcijas tiek mēģināts savienot ar gāzes vadu, kurā nav gāzes spiediena regulatora. Gāzes cauruļvados ar vidēju un augstu spiedienu (0,6 MPa) gāzveida produkts tiek piegādāts ar hidraulisko sašķelšanu līnijās ar zemu un vidēju spiedienu. Hidrauliskā lūzuma bloka iekšpusē ir aizsargierīce, kas darbojas automātiski. Tas novērš spiediena krituma iespēju no zema līmeņa, kas pārsniedz pieļaujamo vērtību.

Izmantojot līdzīgus sakarus caur GRU, gāzveida viela tiek piegādāta rūpniecības uzņēmumu un pašvaldību iestāžu telpām. Saskaņā ar spēkā esošajiem standartiem lielākais spiediens rūpniecības, pašvaldību un lauksaimniecības uzņēmumiem, kā arī apkures sistēmu iekārtām ir pieļaujams 0,6 MPa robežās, bet vietējiem uzņēmumiem un blakus esošajām ēkām - 0,3 MPa robežās. Iekārtām, kas atrodas uz dzīvojamās ēkas vai sabiedriskās ēkas fasādēm, ir atļauts piegādāt gāzi ar spiediena indikatoru ne vairāk kā 0,3 MPa.

Gāzesvadu būves ar vidēju un augstu režīmu ir pilsētas sadales tīkli. Gāzes cauruļvadu konstrukcijas ar augstu spiediena līmeni tiek izmantotas tikai lielpilsētu pilsētās. Rūpnieciskās telpas var pieslēgt tīklam ar vidēju un augstu spiedienu, neizmantojot regulatorus, protams, ja tas ir balstīts uz tehniskiem un ekonomiskiem aprēķiniem. Pilsētas sistēmas ir veidotas pēc hierarhijas, kas savukārt tiek sadalīta atkarībā no gāzes vada spiediena.

Hierarhijai ir vairāki līmeņi:

1. Līnijas ar augstu un vidēju spiedienu ir pilsētas gāzes vadu pamats. Rezervēšana notiek, zvanot un dublējot atsevišķas vietas. Strupceļa tīkls var pastāvēt tikai mazās pilsētās. Gāzveida viela pakāpeniski pārvietojas pa zema spiediena līmeņiem, to rada svārstības uz hidrauliskā lūzuma regulatora vārsta un pastāvīgi saglabājas līmenī. Ja vienā zonā ir vairāki dažādi gāzes patērētāji, ir atļauts paralēli likt gāzes vadus ar dažādu spiedienu. Bet dizains ar augstu un vidēju spiedienu veido vienu tīklu pilsētā, kurā ir hidrauliskās nianses.

2. Zema spiediena tīkls. Tas piegādā gāzi dažādiem patērētājiem. Tīkla dizains veidots ar jauktām pazīmēm, kurās tiek cilpoti tikai maģistrālie gāzesvada kanāli, citos gadījumos tiek veidoti strupceļa kanāli. Zemspiediena gāzes vads nevar atdalīt upi, ezeru vai gravu, un dzelzceļš, automaģistrāle. To nevar ieklāt industriālās zonās, tāpēc tā nevar būt viena hidrauliskā tīkla sastāvdaļa. Zemas veiktspējas tīkla dizains tiek izveidots kā lokāla līnija, kurai ir vairāki strāvas avoti, caur kuriem tiek piegādāta gāze.

3. Dzīvojamās ēkas vai sabiedriskās ēkas, rūpnieciskā ceha vai uzņēmuma gāzes būvniecība. Tie nav rezervēti. Spiediens ir atkarīgs no tīkla mērķa un uzstādīšanai nepieciešamā līmeņa.

Atkarībā no grādu skaita pilsētu sistēmas tiek sadalītas :

1. Divu līmeņu tīkls sastāv no līnijām ar zemu un vidēju spiedienu vai ar zemu un augstu spiedienu.

2. Trīs līmeņu līnija ietver zema, vidēja un augsta spiediena sistēmu.

3. Pakāpju tīklu veido visu līmeņu gāzesvadu konstrukcijas.

Pilsētas gāzes vads ar augstu un vidēju spiedienu tiek izveidots kā viena līnija, kas piegādā gāzi uzņēmumam, katlumājai, komunālajām organizācijām un pašam hidrauliskā lūzuma mezglam. Daudz izdevīgāk ir izveidot vienu līniju, atšķirībā no atdalīšanas līnijas rūpnieciskām telpām un kopumā sadzīves gāzes sekcijai.

Izvēlieties pilsētas sistēmu, pamatojoties uz šādām niansēm:

1. Kāds ir pilsētas lielums?

2. Pilsētas teritorijas plānojums.

3. Ēkas tajā.

4. Kāds ir pilsētas iedzīvotāju skaits?

5. Visu pilsētas uzņēmumu raksturojums.

6. Metropoles attīstības perspektīvas.

Izvēloties nepieciešamo sistēmu, jāņem vērā, ka tai jāatbilst lietošanas efektivitātes, drošības un uzticamības prasībām. Izsaka vienkāršību un lietošanas ērtumu, ierosinot atvienot tās atsevišķās sekcijas, lai veiktu remontdarbus. Turklāt visām izvēlētās sistēmas daļām, ierīcēm un ierīcēm jābūt vienāda veida daļām.

Gāze pilsētai tiek piegādāta pa daudzlīmeņu līniju pa divām galvenajām līnijām caur staciju, kas, savukārt, paaugstina uzticamības līmeni. Stacija ir savienota ar augsta spiediena zonu, kas atrodas pilsētas līniju nomalē. No šīs sekcijas gāze tiek piegādāta gredzeniem ar augstu vai vidēju spiedienu. Ja augstspiediena gāzesvadu tīklu nav ne iespējams, ne pieņemami izveidot metropoles centrā, tad tie ir jāsadala divās daļās: tīkls ar vidēju spiedienu centrā un tīkls ar augstu spiedienu nomalē. .

Lai varētu atslēgt gāzes vada daļas ar augstu un vidēju spiedienu, atsevišķus posmus ar zemu spiedienu, ēkas uz dzīvojamām ēkām, rūpnieciskās darbnīcas un telpas, tiek uzstādītas ierīces, kas atslēdz vai, vienkārši sakot, speciālie krāni (sk. ). Vārsts jāuzstāda pie ieplūdes un izplūdes, uz ielas gāzesvada atzariem, dažādu šķēršļu, dzelzceļa instalāciju un ceļu krustpunktos.

Ieslēgts ārējās līnijas uzstādiet vārstu akā, norādot temperatūras un sprieguma vērtības. Turklāt tas nodrošina ērtu vārstu slēgelementu uzstādīšanu un demontāžu. Aka jāizvieto, ņemot vērā divu metru atstarpi no ēkām vai žogiem. Šķēršļu skaitam jābūt pamatotam un pēc iespējas mazākam.

Ieejot telpā, vārsts tiek uzstādīts uz sienas, un ir nepieciešams saglabāt noteiktu atstarpi no durvīm un logiem. Ja armatūra atrodas virs 2 metriem, ir nepieciešams nodrošināt vietu ar kāpnēm, lai tās varētu apkalpot. Vairumā gadījumu gāze tiek piegādāta kotedžām caur tīkliem ar vidēju spiedienu, bet ne zemu spiedienu. Pirmkārt, tas nodrošina papildu regulēšanas ierīci, jo spiediena indikatori ir augstāki. Otrkārt, gāzes katli iekšā pēdējā laikā

gūst popularitāti, tad tikai pie vidēja spiediena var patērētājiem piegādāt gāzi vajadzīgajā daudzumā. Gazifikācija apstākļos zems spiediens , gala ierīces veiktspēja samazināsies. Piemēram, ja ziemā tiek uzskatīts par pieņemamu spiedienu aptuveni 300, tad, attālinoties no hidrauliskās sašķelšanas stacijas, rādījumi patērētājiem samazināsies līdz 120. Līdz salnām gāzes spiediens ir pietiekams. Bet ja uznāk pamatīgs sals un visi sāks sasildīties gāzes katli

, ieslēdzot pilnu jaudu, perifērijā esošās kotedžas īpašniekiem spiediens ievērojami pazeminās. Un, kad spiediens ir zem 120, katlu īpašniekiem sāk rasties problēmas, piemēram, katla instalācija nodziest vai norāda, ka gāzes padeve ir pārtraukta. Vidēja spiediena padeves apstākļos gāze pārvietojas pa cauruļvadu saspiestā stāvoklī. Turklāt, izmantojot regulatoru, spiediens tiek samazināts līdz zemam līmenim, un katls darbojas bez problēmām. Kur vien ir gāze: balonā, auto riepa

, vai metāla cilindrs - tas aizpilda visu trauka tilpumu, kurā tas atrodas.

Gāzes spiediens rodas pavisam cita iemesla dēļ nekā cieto spiedienu. Tas veidojas molekulu sadursmes rezultātā ar trauka sienām.

Gāzes spiediens uz trauka sienām Haotiski pārvietojoties telpā, gāzes molekulas saduras savā starpā un ar trauka sienām, kurā tās atrodas. Vienas molekulas trieciena spēks ir mazs. Bet, tā kā molekulu ir daudz un tās saduras ar augstu frekvenci, tad, kopā iedarbojoties uz trauka sienām, tās rada ievērojamu spiedienu. Ja ievieto gāzē ciets

Veiksim vienkāršu eksperimentu. Novietojiet sasietu zem gaisa sūkņa zvana balons nav pilnībā piepildīts ar gaisu. Tā kā tajā ir maz gaisa, bumbiņai ir neregulāra forma. Kad mēs sākam izsūknēt gaisu no zvana apakšas, bumba sāks piepūsties. Pēc kāda laika tas iegūs parastas bumbiņas formu.

Kas notika ar mūsu bumbu? Galu galā tas bija saistīts, tāpēc gaisa daudzums tajā palika nemainīgs.

Viss ir izskaidrots diezgan vienkārši. Kustības laikā gāzes molekulas saduras ar lodītes apvalku tās ārpusē un iekšpusē. Ja no zvana tiek izsūknēts gaiss, molekulu ir mazāk. Blīvums samazinās, un tāpēc samazinās arī molekulu ietekmes biežums uz ārējo apvalku. Līdz ar to spiediens ārpus čaumalas samazinās. Un tā kā molekulu skaits apvalka iekšpusē paliek nemainīgs, iekšējais spiediens pārsniedz ārējo. Gāze no iekšpuses nospiež uz korpusa. Un šī iemesla dēļ tas pakāpeniski uzbriest un iegūst bumbiņas formu.

Paskāla likums gāzēm

Gāzes molekulas ir ļoti mobilas. Pateicoties tam, tie pārraida spiedienu ne tikai tā spēka virzienā, kas izraisa šo spiedienu, bet arī vienmērīgi visos virzienos. Spiediena pārneses likumu formulēja franču zinātnieks Blēzs Paskāls: “ Spiediens, kas iedarbojas uz gāzi vai šķidrumu, tiek pārnests nemainīgs uz jebkuru punktu visos virzienos" Šo likumu sauc par hidrostatikas pamatlikumu - zinātni par šķidrumu un gāzi līdzsvara stāvoklī.

Paskāla likumu apstiprina pieredze ar ierīci, ko sauc Paskāla bumba . Šī ierīce ir cieta materiāla bumbiņa ar sīkiem caurumiem, kas savienota ar cilindru, pa kuru pārvietojas virzulis. Bumba piepildās ar dūmiem. Saspiežot virzuli, dūmi vienādās plūsmās tiek izspiesti no lodītes caurumiem.

Gāzes spiedienu aprēķina pēc formulas:

Kur e lin - gāzes molekulu translācijas kustības vidējā kinētiskā enerģija;

n - molekulu koncentrācija

Daļējs spiediens. Daltona likums

Praksē visbiežāk sastopamies nevis ar tīrām gāzēm, bet gan to maisījumiem. Mēs elpojam gaisu, kas ir gāzu maisījums. Arī automašīnu izplūdes gāzes ir maisījums. Tīrs oglekļa dioksīds nav izmantots metināšanā ilgu laiku. Tā vietā izmanto arī gāzu maisījumus.

Gāzu maisījums ir gāzu maisījums, kas neieplūst ķīmiskās reakcijas savā starpā.

Atsevišķas sastāvdaļas spiediens gāzes maisījums sauca daļējs spiediens .

Ja pieņemam, ka visas maisījumā esošās gāzes ir ideālas gāzes, tad maisījuma spiedienu nosaka Daltona likums: “Ideālu gāzu maisījuma spiediens, kas ķīmiski nesadarbojas, ir vienāds ar parciālo spiedienu summu. ”

Tās vērtību nosaka pēc formulas:

Katra gāze maisījumā rada daļēju spiedienu. Tās temperatūra ir vienāda ar maisījuma temperatūru.

Gāzes spiedienu var mainīt, mainot tās blīvumu. Jo vairāk gāzes tiks iesūknēts metāla traukā, jo vairāk molekulu tā atsitīsies pret sienām, un jo lielāks kļūs tās spiediens. Attiecīgi, izsūknējot gāzi, mēs to retinām, un spiediens samazinās.

Bet gāzes spiedienu var mainīt arī mainot tās tilpumu vai temperatūru, tas ir, saspiežot gāzi. Saspiešana tiek veikta, pieliekot spēku gāzveida ķermenim. Šī efekta rezultātā samazinās tās aizņemtais tilpums, palielinās spiediens un temperatūra.

Gāze tiek saspiesta motora cilindrā, virzulim kustoties. Ražošanā augsts gāzes spiediens tiek radīts, to saspiežot, izmantojot sarežģītas ierīces – kompresorus, kas spēj radīt spiedienu līdz pat vairākiem tūkstošiem atmosfēru.

Molekulu kustības gāzē attēls būs nepilnīgs, ja mēs neņemsim vērā arī jautājumus par molekulu sadursmēm ar jebkura ķermeņa virsmu, kas atrodas gāzē, jo īpaši ar trauka sienām, kas satur gāzi, un ar katru. cits.

Patiešām, veicot nejaušas kustības, molekulas ik pa laikam tuvojas trauka sienām vai citu ķermeņu virsmai diezgan nelielos attālumos. Tādā pašā veidā molekulas var būt diezgan tuvu viena otrai. Šajā gadījumā starp gāzes molekulām vai starp gāzes molekulu un sienas vielas molekulām rodas mijiedarbības spēki, kas ļoti ātri samazinās līdz ar attālumu. Šo spēku ietekmē gāzes molekulas maina to kustības virzienu. Šo procesu (virziena maiņa), kā zināms, sauc par sadursmi.

Sadursmēm starp molekulām ir ļoti svarīga loma gāzes uzvedībā. Un mēs tos sīkāk izpētīsim vēlāk. Tagad ir svarīgi ņemt vērā molekulu sadursmes ar trauka sienām vai jebkuru citu virsmu, kas saskaras ar gāzi. Tieši gāzes molekulu un sienu mijiedarbība nosaka spēku, ko piedzīvo sienas no gāzes puses, un, protams, līdzvērtīgu pretēji vērstu spēku, ko gāze izjūt no sienu sāniem. Ir skaidrs, ka jo lielāks ir sienas virsmas laukums, jo lielāks spēks, ko siena izjūt no gāzes. Lai neizmantotu daudzumu, kas ir atkarīgs no tāda nejauša faktora kā sienas izmērs, ir ierasts raksturot gāzes iedarbību uz sienu nevis ar spēku, bet

spiediens, t.i., spēks uz sienas virsmas laukuma vienību, kas ir normāls šim spēkam:

Gāzes spēja radīt spiedienu uz to saturošā tvertnes sienām ir viena no galvenajām gāzes īpašībām. Tieši ar spiedienu gāze visbiežāk atklāj savu klātbūtni. Tāpēc spiediens ir viena no galvenajām gāzes īpašībām.

Gāzes spiediens uz trauka sienām, kā tika ieteikts vēl 18. gadsimtā. Daniels Bernulli ir neskaitāmu gāzes molekulu sadursmju ar sienām sekas. Šī molekulu ietekme uz sienām izraisa zināmu sienas materiāla daļiņu pārvietošanos un līdz ar to tās deformāciju. Deformētā siena iedarbojas uz gāzi ar elastīgu spēku, kas vērsts uz katru punktu, kas ir perpendikulārs sienai. Šis spēks ir vienāds absolūtā vērtībā un pretējs virzienam spēkam, ar kādu gāze iedarbojas uz sienu.

Lai gan katras atsevišķas molekulas mijiedarbības spēki ar sienas molekulām sadursmes laikā nav zināmi, tomēr mehānikas likumi ļauj atrast vidējo spēku, kas rodas visu gāzes molekulu kopējās darbības rezultātā, t.i., atrast gāzes spiediens.

Pieņemsim, ka gāze atrodas paralēlskaldņa formas traukā (2. att.) un gāze atrodas līdzsvara stāvoklī. Šajā gadījumā tas nozīmē, ka gāze kopumā atrodas miera stāvoklī attiecībā pret tvertnes sienām: molekulu skaits, kas pārvietojas jebkurā patvaļīgā virzienā, vidēji ir vienāds ar to molekulu skaitu, kuru ātrums ir vērsts pretējā virzienā.

Aprēķināsim gāzes spiedienu uz vienu no trauka sienām, piemēram, uz labās sānu sienas. Virziet koordinātu asi X pa paralēlskaldņa malu perpendikulāri sienai, kā parādīts attēlā. 2. Neatkarīgi no tā, kā tiek virzīti molekulu ātrumi, mūs interesēs tikai molekulu ātrumu projekcijas uz X ass: pret sienu molekulas pārvietojas precīzi ar ātrumu

Ļaujiet mums garīgi izvēlēties gāzes slāni ar biezumu A, kas atrodas blakus izvēlētajai sienai. Uz to no deformētās sienas puses iedarbojas elastīgs spēks C, absolūtā vērtībā vienāds

spēks un gāze iedarbojas uz sienu. Saskaņā ar otro Ņūtona likumu spēka impulss (noteikts patvaļīgs laika periods) ir vienāds ar gāzes impulsa izmaiņām mūsu slānī. Bet gāze atrodas līdzsvara stāvoklī, tāpēc slānis nesaņem impulsa pieaugumu spēka impulsa virzienā (pret X ass pozitīvo virzienu). Tas notiek tāpēc, ka molekulāro kustību dēļ izvēlētais slānis saņem impulsu pretējā virzienā un, protams, to pašu absolūtā vērtībā. Nav grūti aprēķināt.

Ar nejaušām gāzes molekulu kustībām laika gaitā noteikts molekulu skaits iekļūst mūsu slānī no kreisās puses uz labo un tikpat daudz molekulu atstāj to pretējā virzienā - no labās uz kreiso pusi. Ienākošās molekulas nes sev līdzi noteiktu impulsu. Aizbraucējiem ir tāds pats impulss pretēja zīme, tātad kopējais impulss, ko saņem slānis, ir algebriskā summa molekulu impulsi, kas nonāk slānī un iziet no tā.

Laicīgi atradīsim to molekulu skaitu, kas nonāk mūsu slānī kreisajā pusē

Šajā laikā tās molekulas, kas atrodas no tā attālumā, kas nepārsniedz Visas tās ir paralēlskaldņa tilpumā ar attiecīgās sienas pamatnes laukumu) un garumā, t.i., tilpumā, var pietuvoties robeža pa kreisi Ja trauka tilpuma vienībā ir molekulas, tad norādītajā tilpumā ir molekulas. Bet tikai puse no tiem pārvietojas no kreisās puses uz labo un ieiet slānī. Otra puse attālinās no tā un neietilpst slānī. Līdz ar to molekulas laika gaitā iekļūst slānī no kreisās puses uz labo.

Katram no tiem ir impulss (molekulas masa), un kopējais impulss, ko tie ienes slānī, ir vienāds ar

Tajā pašā laikā viens un tas pats molekulu skaits ar tādu pašu kopējo impulsu, bet ar pretēju zīmi, atstāj slāni, virzoties no labās uz kreiso pusi. Tādējādi, pateicoties molekulu ar pozitīvu impulsu ienākšanai slānī un molekulu ar negatīvu impulsu aiziešanai no tā, kopējās slāņa impulsa izmaiņas ir vienādas ar

Tieši šīs slāņa impulsa izmaiņas kompensē izmaiņas, kurām vajadzēja notikt spēka impulsa ietekmē. Tāpēc mēs varam rakstīt:

Sadalot abas šīs vienlīdzības puses ar, mēs iegūstam:

Līdz šim mēs klusībā esam pieņēmuši, ka visām gāzes molekulām ir vienādas ātruma projekcijas. Patiesībā tas, protams, tā nav. Un molekulu ātrumi un to projekcijas uz X asi, protams, dažādām molekulām ir atšķirīgi. Jautājumu par gāzes molekulu ātrumu atšķirību līdzsvara apstākļos detalizēti aplūkosim 12.§. Pagaidām ņemsim vērā molekulu ātrumu atšķirības un to projekcijas uz koordinātu asīm, aizstājot iekļauto daudzumu. formulā (2.1) ar tās vidējo vērtību tā, lai spiediena formula būtu (2.1) dosim formu:

Katras molekulas ātrumam mēs varam rakstīt:

(pēdējā vienādība nozīmē, ka var mainīt vidējās aprēķināšanas un saskaitīšanas darbību secību). Sakarā ar pilnīgu molekulāro kustību traucējumu, mēs varam pieņemt, ka ātruma projekciju kvadrātu vidējās vērtības uz trim koordinātu asīm ir vienādas, t.i.

Un tas nozīmē, ņemot vērā (2.3), ka

Aizvietojot šo izteiksmi formulā (2.2), mēs iegūstam:

vai, reizinot un dalot šīs vienādības labo pusi ar divi,

Iepriekš minētais vienkāršais pamatojums ir derīgs jebkurai trauka sienai un jebkurai zonai, kuru var garīgi ievietot gāzē. Visos gadījumos iegūstam ar formulu (2.4) izteiktu gāzes spiediena rezultātu. Vērtība formulā (2.4) atspoguļo vienas gāzes molekulas vidējo kinētisko enerģiju. Tāpēc gāzes spiediens ir vienāds ar divām trešdaļām

vidēji kinētiskā enerģija molekulas, kas atrodas gāzes tilpuma vienībā.

Šis ir viens no svarīgākajiem ideālās gāzes kinētiskās teorijas secinājumiem. Formula (2.4) izveido saikni starp molekulārajiem daudzumiem, t.i., daudzumiem, kas saistīti ar atsevišķu molekulu, un spiediena vērtību, kas raksturo gāzi kopumā, makroskopisku lielumu, ko tieši mēra eksperimentāli. Vienādojumu (2.4) dažreiz sauc par ideālo gāzu kinētiskās teorijas pamatvienādojumu.

Izlasi arī

Par uzņēmumu Svešvalodu kursi Maskavas Valsts universitātē

Kura pilsēta un kāpēc kļuva par galveno Senajā Mezopotāmijā?

Kāpēc Bukhsoft Online ir labāka par parastu grāmatvedības programmu!

Kurš gads ir garais gads un kā to aprēķināt