Ideaalse gaasi olekuvõrrandi rakendamine. Õhuvool sukeldamise ajal Mitu korda õhuvool muutub

Ülesanded

Lahendus.

Näited

20-liitrine hapniku silinder on rõhu all
10 MPa temperatuuril 15 ºС. Pärast osa hapniku tarbimist langes rõhk 7,6 MPa-ni ja temperatuur langes 10 ° C-ni.

Määrake tarbitud hapniku mass.

Iseloomulikust võrrandist (2.5)

Seetõttu koosnes enne hapniku tarbimist selle mass

ja pärast kasutamist

Seega hapniku tarbimine

ΔM \u003d M 1 –M 2 \u003d 2,667 - 2,067 \u003d 0,606 kg.

Määrake vingugaasi tihedus ja erimaht Koos rõhul 0,1 MPa temperatuuril 27 ºС.

Erimaht määratakse iseloomuliku võrrandi (2.6) põhjal

m 3 / kg .

Süsinikoksiidi tihedus (1,2)

kg / m 3.

Teisaldatava kolviga silindris on hapnik juures
t\u003d 80 ºС ja tühjendus (vaakum) võrdub 427 hPa. Konstantsel temperatuuril surutakse hapnik ülerõhuks
p hütid\u003d 1,2 MPa. Õhurõhk Sisse\u003d 933 hPa.

Mitu korda hapniku maht väheneb?

Vastus on:V 1 / V 2 \u003d22,96.

Ruumis, mille pindala on 35 m 2 ja kõrgus 3,1 m, on õhk temperatuuril t\u003d 23 ºС ja õhurõhk Sisse\u003d 973 hPa.

Kui palju õhku siseneb tänavalt ruumi, kui õhurõhk tõuseb Sisse\u003d 1013 hPa. Õhutemperatuur püsib muutumatuna.

Vastus on: M \u003d5,1 kg .

Mahutis mahuga 5 m 3 on õhku õhurõhu juures Sisse\u003d 0,1 MPa ja temperatuur 300 ° C. Seejärel pumbatakse õhku välja, kuni anumas moodustub vaakumisurve 80 kPa. Õhutemperatuur pärast pumpamist jääb samaks.

Kui palju õhku välja pumbatakse? Milline on rõhk anumas pärast pumpamist, kui ülejäänud õhk jahutatakse temperatuurini t\u003d 20 ºС?

Vastus on:välja pumbati 2,43 kg õhku. Pärast õhu jahutamist on rõhk 10,3 kPa.

Aurukatla õhuküttekehale antakse temperatuuril 30 ° C ventilaator kiirusega 130 000 m 3 / h.

Määrake õhu mahuvoolu kiirus õhuküttekeha väljalaskeava juures, kui seda kuumutatakse püsirõhul temperatuurini 400 ° C.

Vastus on:V\u003d 288700 m 3 / h.

Mitu korda muutub gaasi tihedus anumas, kui konstantsel temperatuuril manomeeter langeb alates lk 1 \u003d 1,8 MPa kuni lk 2 \u003d 0,3 MPa?

Võtke õhurõhk 0,1 MPa.

Vastus on:

Mahutis mahuga 0,5 m 3 on õhku rõhul 0,2 MPa ja temperatuuril 20 ºС.

Kui palju õhku tuleb anumast välja pumbata, nii et vaakum oleks selles 56 kPa, eeldusel, et anumas temperatuur ei muutu? Atmosfäärirõhk elavhõbeda baromeetri abil on 102,4 kPa elavhõbeda temperatuuril, mis on võrdne 18 ºС. Vaakumit mõõdeti anumas vaakummõõturiga elavhõbeda temperatuuril 20 ° C.

Vastus on: M\u003d 1,527 kg.

Sageli on vaja lahendada probleemid, milles käsitletakse mitte üksikuid gaase, vaid nende segusid. Erinevate rõhkude ja temperatuuridega keemiliselt mitte interakteeruvate gaaside segamisel on tavaliselt vaja kindlaks määrata segu lõplik olek. Sel juhul eristatakse kahte juhtumit (tabel 1).

Tabel 1

Gaasi segamine *

	Temperatuur, K	Rõhk, Pa	Maht, m \u200b\u200b3 (ruumala, m 3 / h)
Gaasi segamine temperatuuril V \u003d konst
Gaasivoolu segamine **
* - kõik gaaside segamisega seotud võrrandid on tuletatud tingimusel, et keskkonnaga ei toimu soojusvahetust; ** - kui massikulud ( M 1, M 2, ... M nkg / h) segunevad voolud on võrdsed.

Siin k i Kas gaaside soojusmahtuvuse suhe (vt valem (4.2)).

Gaasisegude all mõeldakse mitme gaasi mehaanilist segu, mis üksteisega keemiliselt ei toimi. Gaasisegu koostis määratakse iga segu sisse viiva gaasi koguse järgi ja selle saab määrata massi järgi m i või mahukas r iaktsiatega:

m i \u003d M i / M; r i \u003d V i / V, (3.1)

kus M i - mass ikomponent

V i - osaline või vähendatud maht i-th komponent;

M, V - vastavalt kogu segu mass ja maht.

Ilmselt

M 1 + M 2 + ... + M n \u003d M; m 1 + m 2 + ... + m n \u003d1, (3.2)

V 1 + V 2 + ... + V n \u003d V ;r 1 + r 2 + ... + r n \u003d1, (3.3)

Gaasisegu rõhu suhe lk ja üksikute komponentide osaline rõhk p isisalduv segu on seatud daltoni seadus

Õhu kokkusurumine vette kastetud anumas

Mõelge järgmisele olukorrale. Tühi avatud klaaspudel sukeldatakse vette h-ni.

1. Selgitage, miks kui pudel on tagurpidi kastetud, väljub sellest õhku mullidega ja pudel täidetakse veega (joonis 46.1).

2. Miks pudel kohe vajub?

3. Selgitage, miks pudel tagurpidi kastetud ei välju sellest õhk (joonis 46.2).

4. Selgitage, miks pudeli tagurpidi sukeldamise korral väheneb selles sisalduva õhu maht sügavuse suurenemisega.

Märkige vee tihedus ρ, pudeli sisemine maht V 0, selles sisalduva õhu maht V õhk, õhurõhk p a. Eeldame, et õhutemperatuur pudelis püsib püsiv.

5. Selgitage, miks pudel sügavusse h sukeldades võrrandit

V õhk (p a + ρ gh-des) \u003d V 0 p a. (1)

6. Mitu korda väheneb õhukogus pudelis, kui seda sukeldatakse 10 m sügavusele?

7. Kuidas muutub õhupudelil puutuva Archimedese jõud suureneva sügavusega?

8. Selgitage, miks sel juhul, kui Archimedese jõud leitakse, tuleks vette kastetud keha mahtu pidada võrdseks pudeli klaasi ja õhu kogumahuga.

Teatud sukeldamise sügavusel muutub Archimedese jõud gravitatsioonijõuga võrdseks. Veel suurematesse sügavustesse sukeldamisel on Archimedese jõud väiksem kui gravitatsioonijõud, nii et õhupudel hakkab vajuma.

Me esitame küsimuse: kas õhku mõjutavat raskusjõudu saab tähelepanuta jätta võrreldes pudeli raskusjõuga?

9. Mitu korda on pooleliitrises pudelis sisalduva õhu mass väiksem kui pudeli mass? Võtke pudeli mass 0,5 kg; õhutihedus 20 ºС juures on umbes 1,2 kg / m 3.

Niisiis näeme, et pudelis oleva õhumassi saab pudeli massiga võrreldes üsna täpselt tähelepanuta jätta.

Tähistage klaasi tihedust ρ s ja klaasi mahtu V s.

10. Selgitage, miks siis, kui täielikult vette kastetud õhupudel on tasakaalus, kehtib järgmine võrrand:

ρ V-ga, kus g \u003d ρ g (V õhk + V s). (2)

Võrrandeid (1) ja (2) võib käsitleda kahe tundmatuga võrrandite süsteemina. Näiteks kui kõigi nendesse võrranditesse kuuluvate koguste väärtused on teada, välja arvatud Vzd ja h, saab neid leida nende võrrandite abil.

11. Avatud pudel, mis sisaldab õhurõhku õhku, lastakse vees tagurpidi. Pudeli maht on 0,5 l, klaasi maht on 0,2 l, klaasi tihedus on 2,5 korda suurem kui vee tihedus, atmosfäärirõhk on 100 kPa.
a) Milline on pudeli õhu maht, kui vette kastetud pudel on tasakaalus?
b) millisel sügavusel pudel asub?

Vaadeldavas olukorras võib õhumassi tähelepanuta jätta, kuna atmosfäärilähedase rõhu korral on õhu tihedus palju väiksem kui vee ja kuivainete tihedus.

Kuid juhtudel, kui tegemist on kauba tõstmisega suruõhku kasutades suurtest sügavustest, võib suruõhu mass olla märkimisväärne.

Vaatleme näidet.

12. Sügava ookeani teadlased avastasid 1 km sügavuselt uppunud aardekirstu. Rindkere mass on 2,5 tonni, maht 1 m 3. Rind seoti köiega kindla, tühja, veekindla koti külge ja see hakkas kotti õhku pumpama, kuni see koos rindkerega välja hakkas tekkima. Arvestuste lihtsustamiseks eeldame, et merevee tihedus on võrdne magevee tihedusega. Eeldame, et vesi on kokkusurumatu ja koti kest on tühine. Vee temperatuuri suurtel sügavustel võib pidada 0 ºС lähedale.
a) Kas õhurõhu määramiseks kotis on vaja atmosfäärirõhku?
b) Tähisega ρ tähistatakse vee tihedust, m s ja m rinna massis ning õhumassi kotis, V s ja V rinna ruumalas ja õhu mahus tõusu alguses, M in - õhu molaarmass, T - vee absoluuttemperatuur. Kirjutage kahe tundmatuga võrrandite süsteem (m in ja V in), eeldades, et atmosfäärirõhku saab unarusse jätta.
c) Kui suur on õhukogus kotis sel hetkel, kui kott koos rinnaga hakkas hõljuma?
d) Kui suur on õhumass kotis, kui kott koos rinnaga hakkas hõljuma?
e) Kas on võimalik mitte õhku kotist välja lasta enne, kui kott koos rinnaga ujub pinnale?

Õhk elavhõbedasamba torus

Ühes otsas suletud klaastorus on õhku. Seda õhku eraldab atmosfääriõhust elavhõbedasammas pikkusega l Hg (joonis 46.3).

Mõelgem, kuidas toruga täidetud õhuosa pikkus sõltub toru asukohast ja õhutemperatuurist selles. Eeldame, et toru pikkus on piisavalt suur, nii et elavhõbe ei valgu ühestki kohast torust välja.

Tähistagem atmosfäärirõhku p a, elavhõbeda tihedust rt rt ja horisontaaltugevusega torutoru pikkust, kui see on l 0.
Esiteks eeldame, et õhutemperatuur torus on püsiv.

13. Kirjutage võrrand, mis seob kogused l pt, l 0 ja toru õhuga täidetud osa pikkuse l, kui see asub:
a) vertikaalselt avatud otsaga;
b) vertikaalselt avatud ots allapoole.

14. Alguses on toru avatud otsaga allapoole. Kui see tagurpidi keerati, vähenes toru toruga täidetud osa pikkus 10%. Kui pikk on elavhõbedasammas, kui atmosfäärirõhk on 760 mm Hg. Art.?

Vaatleme nüüd juhtumit, kui temperatuur salongis muutub.

15. Esialgu asetseb õhutoru ja elavhõbedasammas horisontaalselt. Kui see lahtise otsaga keedeti vette, langetati toru toruga täidetud osa pikkus 20%. Milline on torus oleva õhutemperatuuri algväärtus, kui elavhõbedasamba pikkus on 5 cm? Atmosfäärirõhk on 760 mm Hg. Art.

2. Kaks gaasi kolvi või deflektoriga silindris

Silinder asub horisontaalselt

Vaatleme kõigepealt juhtumit, kui erinevate gaasidega balloon asub horisontaalselt (joonisel 46.4 on erinevad gaasid skemaatiliselt tähistatud erinevate värvidega). Sel juhul ei pruugi kolvi kaalu arvestada.

Kolvil võib olla mitmesuguseid omadusi, mida tuleb probleemide lahendamisel arvestada.

16. Mida saab öelda kahe kolviga eraldatud gaasi rõhu ja temperatuuri kohta, kui see:
a) soojusjuhtiv ja võib liikuda ilma hõõrdumiseta?
b) ei juhita soojust, kuid võib liikuda ilma hõõrdumiseta?
c) soojusjuhtiv, kuid kas on vaja arvestada kolvi ja anuma seinte vahelist hõõrdumist?

17. Kolviga horisontaalses silindris asuvad vesinik ja hapnik kolvi vastaskülgedel.
a) Milline on gaaside mahu ja neis sisalduva aine koguse suhe, kui kolb on liikuv ja soojusjuhtiv?
b) Milline on gaasi mahu ja massi suhe sel juhul?
c) Kuidas on gaaside mahud, massid ja temperatuurid ühendatud, kui kolb on liigutatav, kuid ei juhi soojust?

Kui öeldakse, et anumat ei eralda kolb, vaid vahesein, siis on arusaadav, et anuma osade ruumalad jäävad konstantseks. Partitsioonil võib olla ka erinevaid omadusi.

18. Mida saab öelda kahe vaheseinaga eraldatud gaasi temperatuuri ja osarõhu kohta, kui see:
a) soojusjuhtiv?
b) poorne (see tähendab tavaliselt, et ühe gaasi molekulid võivad tungida vaheseinasse ja teise gaasi molekulid ei saa)?

19. Soojusisolatsiooniga anum jagatakse poorse vaheseinaga kaheks võrdseks osaks. Alghetkel on anuma vasakul küljel 2 mooli heeliumi ja paremal - 1 mool argooni. Heeliumi algtemperatuur on 300 K ja argooni algtemperatuur 600 K. Heeliumi aatomid võivad vabalt tungida läbi vaheseina pooride ja argooni aatomid ei saa.
a) Kas on vahet, kas vahesein juhib soojust või mitte?
b) Millistel gaasi aatomitel on algsel hetkel kõrgem keskmine kineetiline energia? Mitu korda suurem?
c) Millise gaasi sisemine energia alghetkel on suurem? Mitu korda rohkem?
d) Selgitage, miks on erinevate gaaside aatomite keskmised kineetilised energiad pärast termilise tasakaalu saavutamist võrdsed.
e) Milline temperatuur on anumas termilise tasakaalu tingimustes?
f) Mitu korda on heeliumi aatomite keskmine kineetiline energia termilises tasakaalus suurem kui nende keskmine kineetiline energia algseisundis?
g) Kuidas muutub heeliumi rõhk veresoone vasakus osas võrreldes algsega pärast tasakaalu saavutamist?
h) Kuidas muutub argooni rõhk pärast tasakaalu saavutamist algsest?
i) rõhk, milles anuma osa on pärast tasakaalu saavutamist suurem? Mitu korda rohkem?

Silinder asub vertikaalselt

Kui silinder asub vertikaalselt (joonis 46.5), tuleb arvestada kolvi raskusega, mis surub silindri alumises osas asuvat gaasi. Seetõttu on rõhk silindri alumises osas suurem kui ülemises osas. Vaatleme näidet.

20. Vertikaalselt paigutatud silindriline anum kõrgusega l jaguneb liikuva kolvi abil kaheks osaks. L kõrgusega ülemises osas on ν mooli heeliumi ja alumises osas, mille kõrgus on l n, sama palju vesiniku mooli. Gaasi temperatuur jääb kogu T. aja jooksul samaks. Kolvi mass m, pindala S ja kolvi paksus võib olla anuma kõrgusega võrreldes tähelepanuta jäetud.
a) Rõhk anuma igas osas väljendatakse muude koguste abil. Kas selle jaoks on oluline laeva osade gaasitüüp?
b) Kirjutage võrrand, mis seob gaasi rõhu igas anuma osas kolvi massi ja selle pindalaga.
c) Milline on kolvi mass, kui l \u003d 50 cm, v \u003d 0,22 mol, T \u003d 361 K, l on \u003d 30 cm?
Vihje. Kasutage oleku ideaalgaasi võrrandit.

Õhupalli tõstmine

Balloon (joonis 46.6) võib õhus olla tasakaalus ainult juhul, kui sellele õhust küljest mõjuv Archimedese jõud on absoluutväärtuses võrdne õhupalli ja sellest peatatud koormuse koguraskusega:

F A \u003d \u200b\u200bF t.sh + F t.gr. (3)

Ballooni korral võrdub Archimedese muda ümbritseva õhu massiga ballooni ja koorma maht. Tõstsime kaldkirjas esile sõna “ümbritsev”, kuna atmosfääriõhu tihedus tõusu ajal varieerub kahel põhjusel: esiteks väheneb selle rõhk ja teiseks langeb selle temperatuur.

Tähistame kuuli mahtu V. Koorma maht ja kuuli kest jäetakse tavaliselt kuuli enda mahuga võrreldes tavaliselt tähelepanuta, kuid suur tähtsus on koorma massil ja kuuli kestul! Lasti mass on m gr ja kesta mass m r. Siis

F t.sh \u003d (m int + m umbes) g,

kus m int on gaasi mass, millega pall täidetakse.

Tähistame palli ümbritseva õhu tihedust ρ väliselt ja kuuli sees oleva gaasi tihedust ρ int.

21. Selgitage, miks järgmised võrrandid vastavad tõele:

F A \u003d \u200b\u200btäiendav GV,
m int \u003d ρ int V,
V (ρ ext - ρ int) \u003d m gr + m vol. (4)

Vihje. Kasutage võrrandit (3) ning massi, ruumala ja tiheduse suhet.

Ballooni maa-alune jõud on selle koorma mass, mida see õhupalli suudab tõsta.

22. Selgitage, miks õhupalli tõstejõu moodulit väljendatakse valemiga

F all \u003d Vg (ρ välja - ρ int) - m umbes g. (5)

Valemitest (4) ja (5) järeldub, et õhupall suudab koorma tõsta ainult siis, kui gaasi tihedus, millega õhupalli täidetakse, on väiksem kui ümbritseva õhu tihedus.

Kui pall oleks jäik, saaks selle saavutada osaliselt õhust välja pumbates: jäik kest suudaks vastu pidada õhurõhu erinevustele kuulis ja väljaspool seda. Kõva palli kest oleks aga liiga raske. Pehme kest, mida alati kasutatakse õhupallide jaoks, ei talu olulist rõhu erinevust. Seetõttu on kuuli sees olev gaasirõhk võrdne ümbritseva õhu rõhuga.

23. Selgitage miks, kui rõhk kuulis on võrdne ümbritseva õhu rõhuga, siis võrdsus

ρ int / ρ ext \u003d (M ext * T ext) / (M ext * T ext). (6)

Vihje. Kasutage oleku ideaalgaasi võrrandit.

Valemist (6) nähtub, et palli täitmise gaasi tiheduse saab muuta ümbritseva õhu tihedusest väiksemaks kahel viisil:
- kasutage sisemise gaasina kuumutatud õhku;
- kasutage väiksema molaarmassiga gaasi.

Esimest meetodit kasutatakse õhupallide kõndimiseks (joonis 46.6) ja teist - meteoroloogiliste sondide jaoks (joonis 46.7), mis tõusevad kõrgele kõrgusele (sel juhul täidetakse õhupall tavaliselt heeliumiga).

24. Selgitage, miks valemitest (5) ja (6) järeldub, et õhupalli tõstejõu moodulit väljendatakse valemiga

? 25. Ballooni mahuga 3000 m 3 on alumises osas auk, mille kaudu kuumutatakse õhupalli sees olevat õhku põleti temperatuurini 77 ° C. Kuul on tasakaalus kõrgusel, kus ümbritseva õhu temperatuur on 7 ºС ja selle tihedus on 1,2 kg / m 3. Kuuli kesta mass on 300 kg. Mis on lasti mass?

Lisaküsimused ja ülesanded

26. Järve põhjas 90 m sügavusel asuvas pontonis pumbatakse õhku ülalt (joonis 46.8). Aatomi juures tõrjub vesi pontoonist läbi selle alumises osas asuva ava. Kui palju atmosfääriõhku tuleb pontoonile varustada, et see saaks koormust tõsta, kui ponttooni kogumass koos koormaga on 20 tonni ning lasti ja pontooni seinte kogumaht on 5 m 3? Võtke arvesse, et vee temperatuur on lähedane 0 ºС ja õhurõhk on 10 5 Pa.

27. U-kujulise toru suletud küünarnukis asub 30 cm kõrgune õhusammas. Mõlemas küünarnukis olev elavhõbe on samal tasemel. Kui suur on õhusamba kõrgus, kui lisate aeglaselt ülaosas elavhõbedat? Rõhk on võrdne normaalse atmosfäärirõhuga.

28. Heeliumiga täidetud pall on õhus tasakaalus. Kuuli kesta ühe ruutmeetri mass on 50 g, õhu ja heeliumi temperatuur 27 ºС, rõhk on võrdne normaalse atmosfäärirõhuga. Milline on kuuli raadius?

Atmosfääriõhk ja selle omadused. Maakera ümbritsevat õhukihti nimetatakse atmosfääriks. Mida kõrgem on maapind, seda madalam on õhutihedus.

Atmosfääriõhk on gaaside segu. Selle liiter kaalub atmosfäärirõhul ja temperatuuril 15 ° C 1,29 g.

Õhu koostis (mahu järgi) sisaldab lämmastikku-78,13%, hapnikku - 20,90%, süsinikdioksiidi - 0,03%, argooni - 0,94%. Lisaks on õhus väike kogus heeliumi, vesinikku ja muid inertgaase.

Lisaks nendele gaasidele sisaldab õhk veeauru, mille hulk on muutuv.

Lämmastik - Normaaltingimustes kehale gaasneutraalne. See on värvitu, lõhna ja maitseta, ei põle ega toeta põlemist. Üks liiter lämmastikku kaalub 1,25 g, selle tihedus on 0,967. Inimese kehas lahustub normaalse atmosfäärirõhu all umbes üks liiter lämmastikku.

Hapnik - Inimesele kõige olulisem gaas. Ilma selleta pole elu Maal võimatu. Hapnik ei põle, vaid toetab põlemist. Puhtal kujul on see tuleohtlik. Üks liiter hapnikku kaalub 1,43 g. Hingamiseks kasutatakse puhast meditsiinilist hapnikku (98,99%).

Süsinikdioksiid - kõigist gaasidest kõige raskem. Üks liiter kaalub 1,96 g. Tihedus on 1,529 g. Osarõhul 0,03 atm, mis vastab 3% õhus, on süsinikdioksiid kehale mürgine.

Atmosfäärirõhu mõõtmine. Õhk kaalub maapinda ja sellel olevaid esemeid. Esimesena määras õhurõhu itaalia teadlane Toricelli (17. sajandil). Selleks kasutas ta pikka klaasist toru, mille ristlõike pindala oli 1 cm 2, suleti ühest otsast ja täideti elavhõbedaga.

Lasknud toru pitseerimata otsa elavhõbedaga avatud anumasse, märkas ta, et viimane torus langes ainult teatud tasemele. Ta ei läinud madalamale, kuna seda takistas õhurõhk anumas olevale elavhõbedale. Mõõtmisel selgus, et elavhõbedasamba kõrgus torus oli 760 mm ja selle kaal oli 1 033 kg (joonis 2). Nii tehti kindlaks, et maapinnal merepinnal on õhurõhk 760 mm Hg. Art., Mis vastab rõhule jõuga 1,033 kg 1 cm2 või 10,33 m vee kohta. Art. Seda rõhku nimetatakse atmosfäärirõhuks, normaalseks või baromeetriliseks ja seda tähistatakse atm-ga. See on füüsiline õhkkond.

Joon. 2. Atmosfääri õhurõhk

Praktikas aktsepteeritakse arvutuste hõlbustamiseks tehnilist keskkonda rõhuühikuna, mis võrdub rõhuga 1 kg 1 cm 2 pindala kohta. See on määratud kell.

Veesurve sukeldujal. Oleme juba eespool öelnud, et vee all sukeldudes kogeb inimene mitte ainult atmosfääriõhu, vaid ka vee survet. Iga 10 m järel sukeldumisel suureneb rõhk 1 at. Seda rõhku nimetatakse ülemääraseks ja seda tähistatakse ati.

Vee ja õhu kogu (absoluutne) rõhk sukeldujal. Vee all mõjutavad sukeldujat nii atmosfääri kui ka veesamba ülerõhk.

Nende kogurõhku nimetatakse absoluutseks rõhuks ja seda tähistab ata. Näiteks 10 m sügavusel on sukelduja rõhk 2 atm (1 ati + 1 atm), sügavusel 50 m - 6 atm jne.

Gaasi kokkusurutavus ja elastsus. Gaasid koosnevad pidevas liikumises olevatest osakestest. Gaasimolekulid on ebaolulise suurusega, kuid hõlmavad suurt mahtu. Üksikute gaasimolekulide vahel on tõmbejõud palju väiksem kui vedelikes või tahketes ainetes. Gaasidel ei ole konstantset mahtu ja need vastavad anuma kujule ja mahule, milles nad asuvad.

Vastupidiselt vedelikele on gaasid võimelised laienema ja surve all kokku suruma, vähendades samal ajal nende mahtu ja suurendades elastsust.

Gaaside mahu ja rõhu suhe on kindlaks määratud Boyle-Mariotte seadusega, mis sätestab, et gaasi kasutatav ruumala varieerub pöördvõrdeliselt rõhuga, mis sellel töötab püsival temperatuuril. Gaasi mahu (V) ja vastava rõhu (P) korrutis konstantsel temperatuuril ei muuda PхV \u003d const.

Näiteks kui võtate 2 liitri rõhu all 2 liitrit gaasi ja muudate seda rõhku, siis muutub maht järgmiselt:

Teisisõnu: mitu korda rõhk suureneb, väheneb gaasi maht sama palju ja vastupidi.

Selle seaduse tähendus on (praktilise tähtsusega. See selgitab, miks hingamise õhuvool suureneb sügavusega (sukeldamine). Kui sukelduja kulutab pinnale 30 liitrit atmosfääriõhku minutis, siis 20 m sügavusel surutakse see õhk 3 atm-ni, mis vastab juba 90 liitrit õhutarbimist kolmekordistus.

Seda seadust kasutades on võimalik teha vajalikke arvutusi, mis on seotud sukeldumistega.

Arvutusnäide:

Määrake mitu liitrit suruõhku manomeetri järgi 4 atm rõhu all, kui talle antakse 150 liitrit vaba õhku minutis?

Boyle-Mariotte seaduse kohaselt on P1 V1 \u003d P2 V2.

Näites

Need arvutused kehtivad ainult püsiva temperatuuri korral. Praktikas on vaja arvestada mahu ja rõhu muutusi erinevatel temperatuuridel. Õhu mahu ja rõhu sõltuvus selle temperatuurist on kindlaks määratud Gay-Lussaci seadusega, mis sätestab, et gaasimahu muutus püsiva rõhu korral on otseselt võrdeline kuumutamistemperatuuriga. Gaasirõhu muutus püsimahu korral on samuti otseselt võrdeline kuumutamistemperatuuriga.

Sukelduva õhu täpne arvutamine on pärast seadme laitmatut tehnilist seisukorda tähtsuselt teine \u200b\u200btegur. Kuna see probleem on olnud sukeldumise leiutistest alates, on juba ammu välja töötatud spetsiaalsed meetodid vajaliku õhuhulga arvutamiseks. Aluseks võetakse ühe sukelduja poolt nõutav õhu maht ja seejärel jagatakse saadud väärtus silindris oleva gaasi mahuga.

Neid arvutusi teeb keeruliseks asjaolu, et õhutarbimine sõltub füüsilisest aktiivsusest. Vaikse ujumisega on seda palju vähem kui intensiivse tööga klapidega. Teine tegur, mida samuti alati arvestatakse, on sukeldumise sügavus. Mida suurem on sügavus, seda rohkem tuleb õhku kõrge rõhu all. Kõiki vaadeldavaid tegureid saab esitada loeteluga:

Silindri maht.
Silindri rõhk.
Õhutarve minutis (tähistatud kui RMV)
Keelekümbluse sügavus.

Kaks esimest parameetrit võivad olla väga täpsed. Nende täpsus sõltub ainult sellest, kui palju need vastavad näidatud mahule, samuti sellest, kui täpselt on reguleeritud tankimisel kasutatud pumba ventiil. Kompressor lülitatakse rõhuanduri laadimise lõppedes välja. See on vastutav selle eest, et ballooni õhu maht vastaks täpselt deklareeritud õhuhulgale.

Kõige raskem arvutada on RMV. Täpseid andmeid on võimalik saada ainult empiiriliselt. See on täpselt see, mida nad sukeldujate koolitamisel teevad. Õpilane mäletab manomeetri näitu erinevatel sukeldumisrežiimidel, triivides vooluga, tõustes või seistes. Lisaks tuletatakse saadud andmete põhjal RMV individuaalne näitaja. Andmed registreeritakse kolmeveerulises tabelis: sukeldamise aeg ja sügavus ning silindri rõhk vastavalt manomeetrile. Pärast silindris oleva rõhu mahu järgi arvutamist (peate lihtsalt näitajaid korrutama) saame täpse õhutarbimise väärtuse minutis ja tuletame korrektsioonid koormuse ja sügavuse kohta.

Kui selliste mõõtmiste jaoks pole aega instruktoriga sukeldumiseks, siis võetakse üldnäitajad. Need arvutatakse teatava varuga, mis on vajalik kõigi individuaalsete omaduste katmiseks. Seega on 80 kg kaaluva sukelduja õhutarve pinnal 20–25 l / min. (Tegelikult natuke vähem - 16 - 22 liitrit). Naistel on õhutarve veelgi väiksem. Täiendavat sügavuse reguleerimist tehakse. Sukeldumissügavuse suurenemisega kasvab vajaliku õhu maht väga kiiresti. 50 meetri kõrgusel (amatöörsukeldumise maksimaalne sügavus) on seda juba vaja peaaegu kaks korda rohkem (umbes 40 l / min.).

Erinevate segude puhul on maksimaalne sissehingamise rõhk erinev. Hapniku jaoks on see ainult 1,3 - 1,4 atm. Sel põhjusel on süvamere sukeldumiseks vaja spetsiaalseid segusid. Kompileerimisel püüavad nad hapnikusisaldust neis pisut erineda tavalise õhu looduslikust. Samuti väheneb lämmastiku sisaldus süvameresegus, kuna tavalise õhu kasutamisel algab lämmastiku tuimastamine juba 30 meetri kõrguselt. Heliumi ja hapniku segu on optimaalne sügavaimate sukeldumiste jaoks. Amatöörsukeldumises seda peaaegu kunagi ei kasutata. Heeliumgaasi paigaldamist takistab asjaolu, et seda iseloomustab ülikõrge läbilaskvus, kuid hapnikuga segus on see puudus peaaegu tasandatud.

Puhta õhu kasutamisel on oluline ka paagi täitmise koht. Peamine nõue on siin üks. Vaja on puhast õhku. Seetõttu on parem elektriajamiga. Siis on vingugaasi ja liigse süsinikdioksiidi oht minimaalne. Optimaalne on, et silindrite täitmine toimub keskkonnasõbralikus kohas, näiteks mererannas või maal.

Tunni teema: Gaasiseadused. Hüdrostaatika ja hüdrodünaamika seadused.

Gaas on üks mateeria agregaatolekutest, milles selle osakesed liiguvad vabalt, täites ühtlaselt nende käsutuses oleva ruumi. Nad avaldavad survet seda ruumi ümbritsevale ümbrikule. Gaasi tihedus normaalrõhul on mitu suurusjärku madalam kui vedeliku tihedus.

Gaasi dünaamika seadused

Boyle-Marriotti seadus (isotermiline protsess)
Charlesi seadus (ishooriline protsess) ja Gay-Lussac (isoobaalne protsess)
Daltoni seadus
Henry seadus

Pascali seadus
Archimedese seadus
Euler-Bernoulli seadus

Boyle-Marriotti seadus (isotermiline protsess)

Antud gaasi massi M korral püsival temperatuuril T on selle ruumala V pöördvõrdeline rõhuga P: PV \u003d konstant, P 1 V 1 \u003d P 2 V 2, P 1 ja P 2 on alg- ja lõpprõhu väärtused, V 1 ja V 2 on algväärtused ja lõplik rõhu väärtus.
Järeldus - mitu korda rõhk suureneb, mitu korda maht väheneb.
Seda seadust kasutades saate aru, mitu korda suureneb sügavus suurenedes veealuse ujuja hingamiseks vajalik õhutarve, ning arvutada ka vee all veedetud aeg.
Näide: V-silinder \u003d 15l, P-silinder \u003d 200, Riba V kops - 5l, D-sügavus \u003d 40m Kui kaua silinder sellel sügavusel kestab? Kui inimene võtab 6 hingetõmmet minutis? 15x200 \u003d 3000l õhku silindris, 5x6 \u003d 30l / min - õhuvool minutis pinnale. 40m sügavusel on P abs \u003d 5 bar, sügavusel 30x5 \u003d 150 l / min. 3000/150 \u003d 20 minutit. Vastus: piisavalt õhku 30 minutiks.

Charlesi seadus (ishooriline protsess) ja Gay-Lussac (isoobaalne protsess)

Teatud gaasimassi jaoks M juures püsimahtV rõhk on otseselt võrdeline selle absoluutse temperatuuri muutusega T: P 1 xT 1 \u003d P 2 xT 2
Teatud gaasimassi jaoks M juures püsirõhk P gaasi maht varieerub otseses proportsioonis absoluuttemperatuuri muutusega T: V 1 xT 1 \u003d V 2 xT 2
Absoluutset temperatuuri väljendatakse kraadides kraadides. 0 ° С \u003d 273 ° К, 10 ° С \u003d 283 ° К, -10 ° С \u003d 263 ° К
Näide: Oletame, et silinder täideti suruõhuga rõhul 200 bar, mille järel temperatuur tõusis 70 ° C-ni. Mis sai õhurõhust silindri sees? P 1 \u003d 200, T 1 \u003d 273, P 2 \u003d a, T 2 \u003d 273 + 70 \u003d 343, P 1 xT 1 \u003d P 2 xT 2, P 2 \u003d P 2 xT 2 / T 1 \u003d 200 × 343/273 \u003d 251 baari

Daltoni seadus

Gaasisegu absoluutrõhk võrdub segu moodustavate üksikute gaaside osalise (osalise) rõhu summaga.
Gaasi osarõhk P g on võrdeline gaasi protsendimäära n ja gaasisegu absoluutse rõhuga P abs ning see arvutatakse järgmise valemi abil: P g \u003d P ABC n / 100. Seda seadust saab illustreerida, kui võrrelda kinnises ruumis asuvat gaaside segu skaalal asetatud erineva raskusega raskuste komplektiga. On ilmne, et kõik kaalud avaldavad skaalale survet, sõltumata muude raskuste olemasolust sellel.

Henry seadus

Vedelikus lahustunud gaasi kogus on otseselt võrdeline selle osarõhuga. Kui gaasi osarõhk suureneb kahe võrra, suureneb lahustunud gaasi kogus kahe võrra. Kui ujuja sukeldub, suureneb P abs, seetõttu ujuja sissehingatud gaasi kogus suureneb ja vastavalt sellele lahustub see veres suuremas koguses. Kui see üles kerkib, rõhk väheneb ja verre lahustunud gaas väljub mullide kujul, nagu vahuveepudeli avamisel. See mehhanism on ühise ohutuseeskirjade alus.

Hüdrostaatika ja hüdrodünaamika seadused

Vee ja ka gaaside jaoks on nende voolavuse tõttu täidetud Pascali seadus, mis määrab nende keskkondade võime survet edastada. Vedelikku kastetud keha puhul on Archimedese seadus täidetud, kuna vedeliku tekitatud rõhk keha pinnal mõjutab selle raskust (s.o raskusjõud). Vedelike ja gaaside liikumiseks kehtib Euler-Bernoulli seadus.

Pascali seadus

Väliste jõudude tekitatud vedeliku (või gaasi) pinnal avalduvat survet edastab vedelik (või gaas) võrdselt kõigis suundades.

Selle seaduse mõju põhineb igasuguste hüdraulikaseadmete ja -seadmete tööl, kaasa arvatud akvaarium (silindrid - käigukast - hingamismasin)

Archimedese seadus

Igale vedelikku (või gaasi) sukeldatud kehale reageerib vedelik (või gaas), suunatakse ülespoole, rakendatakse ümberpaigutatud ruumala raskuskeskmele ja on suuruselt võrdsed keha ümberpaigutatud vedeliku (või gaasi) kaaluga.

Q= yV

kell – vedeliku erikaal;

V- keha poolt välja tõstetud vee maht (sukeldatud maht).

Archimedese seadus määratleb vedelikku kastetud kehade sellised omadused nagu ujuvus ja stabiilsus.

Euler-Bernoulli seadus

Voolava vedeliku (või gaasi) rõhk on suurem nendes voolu osades, kus kiirus on madalam, ja vastupidi, nendes lõikudes, kus kiirus on suurem, on rõhk väiksem .