Испарение — жидкий воздух — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Качественные задачи по физике основы мкт, 10 класс

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АТОМОВ И МОЛЕКУЛ В ВЕЩЕСТВЕ. ВЗАИМНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ

Взаимодействие молекул

1. Почему проявление силы сцепления между двумя кусками металла показывают со свинцом, а не со сталью?

2. Почему «свариваются» два куска стали, нагретые до температуры 900°С, если кузнец кладет их друг на друга и ударяет молотом по одному, в то время как другой лежит на наковальне?

3. Как изменяется энергия тела при пластических деформациях?

Испарение

4. В каком случае хлеб быстрее делается черст­вым: когда он хранится в закрытом шкафу или просто на столе?

5. Почему изморозь (иней) на деревьях исчезает иногда без оттепели?

6. Свежеиспеченный хлеб весит больше, чем тот же хлеб остывший. Почему?

7. Капля воды, попав на раскаленную плиту, начинает на ней прыгать. Почему?

8. Почему, желая скорее высушить пол, на который пролита вода, ее растирают по полу?

9. Почему вода в разреженном воздухе, под колоколом воздушного насоса, испаряется чрезвычайно быстро?

10. Объясните, почему белье скорее просыхает на чердаке при открытых слуховых окнах, чем в комнате, даже жарко натоплен­ной.

11. Влияет ли ветер на показания термометра?

12. В рассказе А. Серафимовича «Лесная жизнь» есть такое место: «Среди темноты стояла та же тишина, но почудилось легкое, почти неуловимое дуновение проснув­шегося среди ночи ветерка. Торопливо и обрадованно мальчик послюнил палец и, подняв, стал медленно поворачивать. С той стороны, откуда неуловимо тянул ветерок, в пальце почувствовалось ощу­щение холода. Быстро схватив шест, стал гнать плот по направлению ветерка». Какое физическое явление использовано мальчиком для определения направления ветерка?

13. Почему многие вещи, высыхая, коробятся?

14. Как предохранить воду от испарения при хранении в открытом сосуде?

Удельная теплота парообразования

15. Почему дождь охлаждает воздух? Почему фонтаны уме­ряют жару?

16. Почему когда, купаясь в жаркий день, вы входите в воду, вода кажется холоднее воздуха, а когда выходите, то наоборот?

17. Почему купающемуся не становится холодно, когда он выходит из реки во время летнего теплого дождя?

18. Какое значение имеет для организма выделение пота?

19. Почему в резиновой одежде трудно переносить жару?

20. Почему сырые спички не загораются?

2Качественные задачи по физике Основы МКТ, 10 класс1. Почему мы не получаем ожога, если кратковременно касаемся горячего утюга мокрым пальцем?

22. Если на наковальню поместить несколько капель воды и ударить по ним тяжелым молотом, то возникает звук, похожий на выстрел. Чем это объяснить?

23. Два полых, герметически запаянных шара, соединены труб­кой, как показано на рисунке. Воздух из шаров откачан. Если пустой шар поместить в сосуд с жидким воздухом, то через некоторое время вода в другом шаре замерзнет. Объясните явление.

Равновесие между жидкостью и паром

24. Чернила на бумаге высыхают быстро, в открытой чернильнице — долго, а в закрытой практически не высыхают. Почему? При каком условии чернила и в открытой чернильнице не высыхали бы?

25. Чем заполнено пространство, называемое «торичеллиевой пустотой»?

2Качественные задачи по физике Основы МКТ, 10 класс6. В барометре над ртутным столбиком находятся пары ртути. Влияет ли давление паров ртути на показания барометра?

27. В запаянной с обоих концов U-образной трубке вода в обоих коленах оказывается на одном уровне при разных наклонах трубки (рисунок). При каком условии это может быть?

28. Громадная часть поверхности Земли покрыта водной обо­лочкой. Почему, несмотря на это, атмосфера не насыщена водяными парами?

29. Расчеты показывают, что при нормальном давлении бензин должен подниматься по всасывающей трубе на высоту до12,5 м. Однако в действительности высота столба бензина оказы­вается меньше. Почему?

30. Широкая пробирка открытым концом опущена в воду. Если пробирку сильно охладить, то уровень воды в ней заметно повысится. Объясните явление.

31. На дно герметически закрытого сосуда налита вода. На полке внутри этого сосуда стоит банка с водой. Какие изменения произойдут в этой системе через продолжительное время? Темпера­тура системы поддерживается постоянной. Как изменится резуль­тат, если система теплоизолирована?

32. Не является ли нарушением второго начала термодинамики процесс, описанный в предыдущей задаче, в результате которого некоторое количество теплоты в теплоизолированной системе передается от холодного тела к более нагретому?

33. Манометр парового котла показывает 13 am, а термометр показывает температуру пара 370° С. Какой это пар: насыщенный или перегретый?

ККачественные задачи по физике Основы МКТ, 10 классипение

3Качественные задачи по физике Основы МКТ, 10 класс4. Пробирка наполнена водой и открытым концом опущена в стакан с водой (рисунок). Изменится ли уровень воды в пробирке, если установку нагреть до точки ки­пения воды?

35. В трубке барометра В (рисунок) над ртутью находится вода, в трубке С — серный эфир. Уровни ртути соответствуют темпера­туре 30° С. Как изменятся уровни ртути в трубках, если температура повысится до 35° С?

36. Почему, когда вода в кастрюле кипит в печи, «пара» не видно, а когда кастрюлю вынут из печи, то «пар» делается видимым?

37. Можно ли всасывающим водяным насосом поднять кипящую воду?

38. Парообразование при кипении происходит при постоянной температуре, а парообразование при испарении — с понижением температуры. Чем обусловлена такая разница?

39. Можно ли вскипятить воду, подогревая ее паром при температуре 100°С? Атмосферное давление считать нормальным.

40. Будет ли кипеть вода в стакане, плавающем в сосуде, в котором кипит вода?

41. Изменится ли ответ на вопрос предыдущей задачи, если в воде, находящейся в сосуде, растворить несколько столовых ложек Поваренной соли?

42. Большой сосуд с кипяченой водой, в котором плавает стакан с сырой водой, ставят на нагреватель. Через некоторое время вода в стакане закипает раньше, чем в сосуде. Объясните явление.

43. Для варки клея устраивают сосуд с двойными стенками, между которыми наливают воду. Зачем это делают?

44. При заваривании кофе температура воды должна быть около 100°С, но вода не должна при этом кипеть. Предложите способы, позволяющие осуществить указанное действие при соблюдении этих двух условий.

Изотермы реального газа

45. В закрытом цилиндре в равных объемах находятся вода и водяной пар, близкий к состоянию насыщения. а) Начертите график, показывающий, как изменяется давление в цилиндре при изотермическом сжатии содержимого. б) Какому состоянию вещества соответствует каждый отрезок изотермы?

46. Имеются три непрозрачных цилиндра, закрытых подвиж­ными поршнями. Известно, что в одном цилиндре находится газ при температуре выше критической, в другом — насыщенный, а в третьем — ненасыщенный пар. Как определить, что находится в каждом из цилиндров?

Критическая температура

47. Что произойдет, если нагреть жидкость в плотничьем уровне до очень высокой температуры? Каков предел изменения размеров пузырька?

48. Начертите в координатах V, р три изотермы для вещества при температурах ниже критической, критической и выше крити­ческой. Укажите на диаграмме точки, соответствующие крити­ческому объему и давлению.

49. Температура воздуха 30°С. Возможно ли, производя соответствующее давление, обратить при этой температуре угле­кислый газ в жидкое состояние?

50. При критической температуре удельная теплота парообразования всякой жидкости равна нулю. Почему?

51. Если газ, нагретый выше критической температуры, сильно сжать, а затем дать ему возможность быстро расширить­ся, то на некоторое время появляется туман, служащий признаком обращения газа в жидкое состояние. Отчего это происходит?

52. В прочный сосуд поместили воду и нагрели ее до 500°С, давление увеличилось до 500 am. Жидкость или газ нахо­дится в сосуде?

Зависимость давления и плотности насыщенного пара от температуры

5Качественные задачи по физике Основы МКТ, 10 класс3. На рисунке 96 показана зависимость давления насыщен­ных паров от температуры (кривая ABCD). Почему эта зависимость в отли­чие от закона Шарля для газов не является линейной? В каком случае зависимость давления па­ров от температуры будет изоб­ражаться линиями ABE или АВСЕ?

54. В каком состоянии веще­ства плотность повышается с повышением температуры и поче­му это происходит?

Сжижение газов

55. Газ превращается в жидкость, если его сжать и понизить температуру. Почему же при расшире­нии газа в пустоту он может также превратиться в жидкость?

56.При испарении жидкого воздуха сначала улетучивается азот, а через некоторое время после начала испарения в сосуде остается почти чистый кислород. Чем это объясняется?

57.Перегретый пар, находящийся в цилиндре под поршнем, сначала нагревают при постоянном объеме, затем медленно сжимают при постоянной температуре до полного сжижения. Начертите график зависимости давления р от объема V.

58.Смесь жидкого кислорода с опилками, сажей, нафталином или углем представляют собой взрывчатое вещество. Почему?

59.Почему в паровых котлах перегревают пар?

Абсолютная и относительная влажность воздуха

60. На равноплечих весах установлены два одинаковых сосуда. Один заполнен сухим воздухом, другой — влажным, имеющим такое же давление и температуру, что и сухой. Какой сосуд тяжелее?

61. Как изменяется абсолютная и относительная влажность воздуха при его нагревании?

62. В какое время суток летом больше относительная влажность воздуха при одной и той же абсолютной влажности?

63. Одинаково ли давление водяных паров в закупоренном сосуде с водой и в атмосфере во время тумана, если температура воздуха в обоих случаях одинакова?

64. Когда зимой скорее сохнет белье: в морозную погоду или в оттепель? Почему?

65. Почему сильная жара труднее переносится в болотистых местах, чем в сухих?

66. Почему в холодных помещениях часто бывает сыро?

67. Почему зимой оконные стекла потеют, если в комнате много людей?

68. Из сильно кипящего самовара (чайника) выбрасываются облакоподобные клубы, которые появляются однако не у самого выходного отверстия. Чем заполнено промежуточное пространство?

69. Чтобы уничтожить облачность, самолеты рассеивают в воздухе твердую углекислоту. В чем состоят физические основы метода образования чистого неба?

70. За высоко летящим самолетом иногда образуется облачный след. Почему?

71. Объясните, почему вокруг сохраняющихся на полях отдель­ных снежных сугробов запас воды в почве больше, чем вдали от них.

Точка росы

72. Когда стакан с холодной водой вносим в тел­лую комнату, он покрывается снаружи каплями воды. Почему? Почему эти капли через некоторое время исчезают?

73. Врачи для исследования горла или зубов иногда вводят в рот пациента зеркальце. При этом зеркальце предварительно нагревают несколько выше 37°С. Зачем?

74. Для какой цели иногда между оконными рамами помещают стаканчик с серной кислотой?

75. Зимой в вагонах трамвая иней образуется главным образом на стеклах и на различных металлических частях. Почему?

76. Почему пар конденсируется в радиаторах парового отопле­ния, а не в паропроводе, подводящем пар к радиатору?

77. Почему в холодной атмосфере виден выдыхаемый нами «пар»?

78. Если в неполный стакан воды опустить кусочек твердой углекислоты (сухой лед), то из него вырываются клубы «пара». Объясните явление.

79. Стеклянная колба емкостью 2-3 л наполняется водой до 3/4 объема и закрывается пробкой с трубкой (диаметр трубки 1-1,5 см). В перевернутой колбе при вытекании воды образуется туман. Объясните явление.

Гигрометры. Психрометры.

80. Чем объяснить, что если дунуть на губку, смоченную эфиром, то она покрывается инеем?

81. Первые римские гигрометры представляли собой слабо натянутую горизонтальную веревку длиной 3-4 м. Как и почему менялась длина веревки, при изменении влажности воздуха?

82. Оба термометра в психрометре Августа показывают одинаковую температуру. Какова относительная влажность?

83. Как изменится разность показаний сухого и влажного термометров в психрометре при понижении температуры воздуха, если абсолютная влажность остается без изменений?

Водяной пар в атмосфере

84. Почему роса бывает обильнее после жаркого дня?

85. Осенью после восхода солнца туман над рекой держится сравнительно долго. Почему?

86. Почему в ясный летний день, когда нагревшийся влажный воздух поднимается вверх, появляются облака?

87. Почему облака осенью бывают ниже, чем летом?

88. Ночью при густой облачности не бывает росы. Почему?

89. Почему ветер препятствует образованию росы?

90. Весной по утрам на растениях выделяется иней. Как влияет иней на охлаждение растения?

91. Почему барометр «падает» перед дождем?

92. Почему в летнее время осадки выпадают обычно в виде дождя или града, но не снега?

В промышленности

Испарение и конденсация — это два противоположных процесса. При первом жидкость должна затратить тепло, а при втором — тепло будет выделяться. В случае если нет потери тепла, то теплота, выделяемая и потребляемая во время этих процессов, равна.

Таким образом объем сконденсированного кислорода будет практически равен объему испаренного азота. Этот процесс называется ректификацией. Смесь двух газов, образованная вследствие испарения жидкого воздуха, снова пропускается через него, и некоторая часть кислорода переходит в конденсат, отдавая при этом тепло, за счет чего испаряется некоторая часть азота. Процесс повторяется множество раз.

Промышленное получение азота и кислорода происходит в так называемых ректификационных колоннах.

Интересные факты

При контакте с жидким кислородом многие материалы становятся хрупкими. К тому же жидкий кислород — очень мощный окислитель, поэтому, попав в него, органические вещества сгорают, выделяя много тепла. При пропитке жидким кислородом некоторые из этих веществ приобретают неконтролируемые взрывоопасные свойства. Такое поведение свойственно нефтепродуктам, к которым относится обычный асфальт.

Испарение — жидкий воздух
— большая энциклопедия нефти и газа, статья, страница 2

Cтраница 2

В промышленности кислород получают испарением жидкого воздуха, который содержит 54 % О2, 44 % N2 и 2 % инертных газов. Кислород получается также электролизом воды.
[16]

Таким образом, при испарении жидкого воздуха вначале испаряется азот, а затем уже кислород. На этом основано заводское получение кислорода и азота из жидкого воздуха.
[17]

Кислород для технических целей получают испарением жидкого воздуха в специальных установках. Сначала улетучивается азот, а в остатке будет кислород, содержащий некоторые примеси. Более чистый кислород получают электролизом воды, Поступаете продажу в стальных баллонах, где находится под давлением 153 бар. Опознавательная окраска баллонов, предназначенных для хранения кислорода, голубая. Большие количества жидкого кислорода, применяемого в промышленности, хранят и транспортируют в так называемых кислородных танках.
[19]

В связи с этим при испарении жидкого воздуха его состав меняется и он становится все богаче и богаче кислородом. В результате жидким остается почти чистый кислород, содержащий около 3 % инертных газов. Этот технический кислород перекачивают в стальные баллоны под давлением 150 am и в таком виде доставляют на производство.
[20]

Этим и обусловлено то обстоятельство, что по мере испарения жидкого воздуха он обогащается кислородом, причем точка его кипения постепенно повышается.
[21]

Этим и обусловлено то обстоятельство, что по мере испарения жидкого воздуха он обогащается кислородом, причем точка его кипения постепенно повышается.
[22]

Последняя же основана на том, что-полученные в результате испарения жидкого воздуха пары ока-зыбаются более бедными кислородом в сравнении с той жидкостью, из которой они получены.
[23]

Сущность процесса и состоит в том, что образующуюся при испарении жидкого воздуха парообразную смесь азота и кислорода пропускают через жидкость с меньшим содержанием кислорода. Поскольку жидкость содержит меньше кислорода и больше азота, она имеет более низкую температуру, чем проходящий через нее пар. Это вызывает конденсацию кислорода из пара и обогащение им жидкости и одновременно испарение и.
[24]

Промышленные методы получения азота основаны на отделении азота от кислорода путем испарения жидкого воздуха в специальных установках. В лабораторных условиях азот высокой чистоты получается из его соединений, например, пропусканием аммиака над раскаленной окисью меди или разложением нитрита аммония NH4NO2 при нагревания.
[25]

X 0); ql — теплота, подводимая к сосуду АК для испарения жидкого воздуха; ilt i 2 — энтальпии воздуха при давлениях рь р2; if — энтальпия сжиженного воздуха.
[27]

X 0); 7t — теплота, подводимая к сосуду АК для испарения жидкого воздуха; 1Х, / 2 — энтальпии воздуха при давлениях рг, р2; i / — энтальпия сжиженного воздуха.
[29]

Ни в коем случае нельзя закрывать сосуды плотно пробкой, так как в результате испарения жидкого воздуха в сосуде создается высокое давление, и может произойти взрыв.
[30]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

Немного истории

До 19 века ученые считали, что газ имеет лишь одно агрегатное состояние, но доводить воздух до жидкого состояния научились уже в начале прошлого века. Это делалось при помощи машины Линде, основными частями которой были компрессор (электродвигатель, снабженный насосом) и теплообменник, представленный в виде двух свернутых в спираль трубок, одна из которых проходила внутри другой.

Третьим компонентом конструкции был термос, внутри него и собирался сжиженный газ. Детали машины покрывались теплоизоляционными материалами, чтобы предотвратить доступ к газу теплоты извне. Находящаяся вблизи горловины внутренняя трубка оканчивалась дросселем.

Очищение

Однако таким путем невозможно получить чистые кислород и азот за одну операцию. Воздух в жидком состоянии на первой стадии перегонки содержит около 78 % азота и 21 % кислорода, однако чем дальше идет процесс и чем меньше азота остается в жидкости, тем больше вместе с ним будет испаряться и кислорода.

Применение

Сам жидкий воздух как таковой нигде не используется, это промежуточный продукт в получении чистых газов.

Принцип выделения составляющих основан на разнице в кипении составных частей смеси: кислород закипает при —183°, а азот при —196°. Температура жидкого воздуха ниже двухсот градусов, и нагревая его, можно производить разделение.

Когда жидкий воздух начинает медленно испаряться, первым улетучивается азот, а после того, как его основная часть уже испарилась, при температуре —183° закипает кислород. Дело в том, что пока азот остается в смеси, она не может продолжить нагреваться, даже если использовать дополнительный подогрев, но как только большая часть азота улетучится, смесь быстро достигнет температуры кипения следующей части смеси, то есть кислорода.

Работа газа

Технология получения сжиженного воздуха довольно проста. Сначала смесь газов очищают от пыли, частиц воды, а также от углекислого газа. Есть еще одна важная составляющая, без которой не получится произвести жидкий воздух, — давление. С помощью компрессора воздух сжимают до 200-250 атмосфер, одновременно охлаждая его водой.

Далее воздух идет через первый теплообменник, после чего делится на два потока, больший из которых идет в детандер. Этим термином называют поршневую машину, которая работает за счет расширения газа. Она преобразовывает потенциальную энергию в механическую, и газ охлаждается, потому что совершает работу.

Далее воздух, омыв два теплообменника и тем самым охладив второй поток, идущий навстречу, выходит наружу и собирается в термосе.

Турбодетандер

Несмотря на кажущуюся простоту, применение детандера невозможно в промышленных масштабах. Полученный путем дросселирования через тонкую трубку газ оказывается слишком дорог, получение его недостаточно эффективно и энергозатратно, а следовательно неприемлемо для промышленности.

Поршневой детандер быстро забивается водяным льдом, поэтому воздух нужно предварительно осушить, что делает процесс сложнее и дороже. Решить проблему помогла разработка турбодетандера, использующего вместо поршня турбину. Позднее турбодетандеры нашли применение в процессе получения и других газов.

Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий