Энергетическое образование

Энергетическое образование Кислород

Плотность газов

Плотность газовой смеси pсм можно определить по заданному её составу, т. е. через массовые или объемные доли.

Чтобы определить плотность смеси через объемные доли, используем уравнение

M = M1 M2 M3 … Mn,

в котором заменим М, М1, М2…, Mn в соответствии с формулой

p = m / V на M = pсмV;M1 = p1V1; M2 = p2V2…, тогда

pсмV = p1V1 P2V2 … pnVn.

Разделив обе части уравнения на V и учитывая, что отношения V/V1, V2/V,… Vn/V есть объёмные доли газов, получим

Энергетическое образование.

Чтобы определить плотность смеси через массовые доли, воспользуемся уравнением V = V1 V2 … Vn, в котором заменим V, V1, V2,… Vn соответственно на V=M/ pсм; V1=M1/p1; V2=M2/p2; …, тогда

M/ pсм=M1/p1 M2/p2 …Mn/pn.

Разделив обе части неравенства на M и учтя, что отношения M1/M, M2/M, …, Mn/M есть массовые доли газов, получим

1/pсм = m1/p1 m2/p2 … mn/pn,

откуда

Энергетическое образование .

Удельный объём смеси vсм определяют как величину, обратную плотности смеси pсм.
Удельный объём смеси, заданной объёмными долями:

Энергетическое образование .

Удельный объём смеси, заданной массовыми долями:

Энергетическое образование .

Задание: записать в отчет теоретический материал и решить задачу в соответствии со своим вариантом.

Задача: Смесь трех газов с плотностью соответственно ρ1, ρ2, ρ3 и массой соответственно m1, m2 и m3 находятся в сосуде объемом 10м3. Определить плотность газовой смеси.

Таб.1

вариант ρ1 кг/м3 ρ2, кг/м3 ρ3, кг/м3 m1, кг m2 , кг m3, кг
0,1 0,3 0,15
0,09 0,1 0,3
0,15 0,3 0,08
0,08 0,1 0,09
0,09 0,15 0,1

§

Справочный материал

Решение задач по 1 закону термодинамики

Практическое занятие № 3

Цель работы:изучить 1 закон термодинамики и решить задачи по теме.

Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии для тепловых процессов) определяет количественное соотношение между изменением внутренней энергии системы дельта U, количеством теплоты Q, подведенным к ней, и суммарной работой внешних сил A, действующих на систему.

Первый закон термодинамики — Изменение внутренней энергии системы при ее переходе из одного состояния в другое равно сумме количества теплоты, подведенного к системе извне, и работы внешних сил, действующих на нее:Энергетическое образование

Первый закон термодинамики — количество теплоты, подведенное к системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами: Энергетическое образование

При изохорном процессе объем газа остается постоянным, поэтому газ не совершает работу. Изменение внутренней энергии газа происходит благодаря теплообмену с окружающими телами: Энергетическое образование

При изотермическом процессе количество теплоты, переданное газу от нагревателя, полностью расходуется на совершение работы: Энергетическое образование

При изобарном расширении газа подведенное к нему количество теплоты расходуется как на увеличение его внутренней энергии и на совершение работы газом: Энергетическое образование

Адиабатный процесс — термодинамический процесс в теплоизолированной системе. Энергетическое образование

Теплоизолированная система — система, не обменивающаяся энергией с окружающими телами.

Решите задачи:

1. Значение внутренней энергии изменилось от 500Дж до 300Дж. Нагревается или охлаждается газ?

2. Идеальный газ совершил работу 320Дж, при этом значение внутренней энергии изменилось от 500Дж до 300Дж. Нагревался или охлаждался газ? Поглощение или выделение теплоты произошло, и в каком количестве?

3. Какое количества тепла получил газ, если при этом он совершил работу А=2.103Дж, а его внутренняя энергия увеличилась на 600Дж.

4. При сжатии газа, была совершена работа 20Дж, и от нагревателя поступило количество теплоты 12Дж. Нагрелся или охладился газ?

5. При поступлении в систему количества теплоты 60Дж, поршень переместился на 10см под действием силы давления газа, равной 60Н. Как изменилась внутренняя энергия и на сколько? Нагрелся или охладился газ? (справочный материал А = Fs )

Справочный материал:

· 1 закон термодинамики: «Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе».

  • для определения изменения величины необходимо из конечного значения вычесть начальное значение;
  • положительное числовое значение величины говорит о том, что величина увеличивается;
  • отрицательное числовое значение величины говорит о том, что величина уменьшается;
  • об изменении температуры можно судить только по изменению внутренней энергии (температура увеличивается, следовательно, внутренняя энергия увеличивается, температура уменьшается, следовательно, внутренняя энергия уменьшается)
    • работа газа обозначается А’
    • работа внешних сил обозначается А
    • А = – А’

Задание: записать в отчет 1 закон термодинамики и решение задач.

§

Расчет теплоемкости газов и их смесей

Практическое занятие № 4

Цель работы:произвести расчет теплоемкости газовой смеси

Известно, что подвод теплоты к рабочему телу или отвод теплоты от него в каком-либо процессе приводит к изменению его температуры. Отношение количества тепло­ты, подведенной (или отведенной) в данном процессе, к изменению температуры называется теплоемкостью тела (системы тел): Энергетическое образование , где Энергетическое образование — элементарное количество теплоты; Энергетическое образование — элементарное изменение температуры.

Теплоемкость численно равна количеству теплоты, которое необходимо подвести к системе, чтобы при заданных условиях повысить ее температуру на 1 градус. Так как единицей количества теплоты в СИ является джоуль, а температуры — градус К, то единицей теплоемкости будет Дж/К.

В зависимости от внешних условий и характера термодинамического процесса теплота Энергетическое образование может либо подводиться к рабочему телу, либо отводиться от него. Учитывая, что система участвует в бесчисленном множестве процессов, сопровождающихся теплообменом, величина Энергетическое образование для одного и того же тела может иметь различные значения.

Теплоёмкость смеси рабочих тел (газовой смеси)

Количество теплоты Q1, Q2 необходимое для нагрева каждого газа в отдельности на Энергетическое образование , выразится так:

Q1 = c1m1 Энергетическое образование ; Q2 = c2m2 Энергетическое образование ,

где m1 и m2 – массы этих газов; c1 и с2 – удельные теплоемкости соответствующих газов.

Для нагрева смеси газов потребуется количество теплоты, равное сумме указанных теплот, т.е. Q = Q1 Q2

Энергетическое образование

Если обозначить удельную теплоемкость смеси газов буквой с, то количество теплоты, необходимое для нагрева смеси газов на Энергетическое образование , будет

Энергетическое образование

Приравнивая левые части и получим: Энергетическое образованиеЭнергетическое образование , откуда Энергетическое образование .

Если в формуле с1 и с2 есть удельные теплоемкости при постоянном объеме, то соответственно и с будет удельной теплоемкостью смеси газов при постоянном объеме ( изохорная теплоемкость), т.е.

Энергетическое образование

Теплоемкость смеси с будет при постоянном давлении, если с1 и с2 – соответствующие теплоемкости отдельных газов при постоянном давлении (изобарная теплоемкость), т.е.

Энергетическое образование . Задание: записать в отчет теоретические сведения о теплоемкости смеси газов и рассчитать изобарную теплоемкость смеси двух газов в соответствии со своим вариантом.

Варианты заданий табл.1

вариант Состав смеси Масса компонентов, гр. вариант Состав смеси Масса компонентов, гр.
Воздух, Водород 5 и 2 Воздух, Азот 5 и 6
Водород, Двуокись углерода 7 и 7 Двуокись углерода, Водород 4 и 8
Азот, Воздух 3 и14 Двуокись углерода, Азот 2 и 32
Водород, Азот 8 и 14 Воздух, Кислород 8 и 9
Воздух, Кислород 19 и 6 Водород, Азот 53 и 4
Азот, Двуокись углерода 23 и 21 Водород, Азот 12 и 8
Азот, Кислород 25 и 45 Кислород, Двуокись углерода 8 и 12

Изобарная теплоемкость при 50 оС ( кДж/кг К ) табл.2

Воздух Азот Кислород Двуокись углерода Водород
1,0057 1,0400 0.9213 0.8688 14,363

§

Изучение термодинамического процесса

Практическое занятие №5

Цель работы:изучить термодинамические газовые процессы

При исследовании термодинамических процессов используются уравнение состояния идеальных газов и математическое выраже­ние первого закона термодинамики. В общем случае любые два термодинамических параметра из трех могут изменяться произвольно. Термодинамика изучает пять основных процессов идеальных газов:

1.изохорный, (v= const) происходящий при постоянном объеме газа;
2.изобарный, (р = const) происходящий при постоянном давлении;
3.изотермический, (Т = const) происходящий при постоянной темпера­туре;
4.адиабатный, (q = 0) протекающий без подвода или отвода теплоты, т.е. протекающий без теплообмена с окружающей средой;

5.политропный — обобщенный процесс изменения всех параметров рабочего тела при наличии теплообмена; для него четыре предыдущих процесса являются частными случаями.

Для изучения этих процессов необходимо определить:

уравнение процесса, которое устанавливает закономерность изменения состояния рабочего тела; графическое изображение процесса в диаграммах; связь между параметрами в процессе; изменение внутренней энергии рабочего тела в процессе; работу, совершаемую рабочим телом в процессе; теплоту, участвующую в процессе.

Изохорный процесс Такой процесс может совершаться рабочим телом, находящимся в цилиндре при неподвижном поршне, если к рабочему телу подводится теплота от источника теплоты (см. рис.1) или отводится теплота от рабочего тела к холодильнику. При изохорном процессе выполняется условие dv=0 или v=const. Уравнение изохорного процесса получим из уравнения состояния идеального газа при v=const. Уравнение изохорного процесса: v = const.

Энергетическое образование Графически в p-v-диаграмме изохорный процесс изо­бражается линией, параллельной оси давлений Линии изохорного процесса в диаграмме состояния называется изохорой.

Связь между параметрами в изохорном процессе подчиняется закону Шарля

Энергетическое образованиеЭнергетическое образование

И изохорном процессе вся подведенная теплота расходуется на изменение внутренней энергии тела. Для тела с произвольной массой вещества m имеем: Энергетическое образование

Энергетическое образованиеЭнергетическое образование

где cv — средняя массовая изохорная теплоемкость в интервале температур от T1, до Т2.

Теплоемкостью называется количество теплоты, которое следует подвести к единице количества вещества для нагревания его на 1 градус. Массовая теплоемкость выражается в кДж/(кг • К), объемная — в кДж/(м3 • К), мольная — в кДж/(кмоль • К).

Так как в изохорном процессе нет изменения объема, то и работа по его изменению не совершается: W1-2 = 0.

Количество теплоты, подведенное в изохорном процессе, равно изменению внутренней энергии. Для произвольной массы вещества: Энергетическое образование

Изобарный процесс.Уравнение изобарного процесса р= const.

Графически изобарный процесс в р—v-диаграмме изображается прямой линией, параллельной оси объемов. Линия изобарного процесса называется изобарой.

Энергетическое образование Связь между параметрами в изобарным процессе выража ется законом Гей-Люссака:

Энергетическое образование

Изменение внутренней энергии газа рассчитывается по формуле: Энергетическое образование

В изобарном процессе происходит изменение объема рабочего тела, следовательно, совершается работа, определяемая: Энергетическое образованиеЭнергетическое образование

Для произвольной массы газа m формула работы примет:

Энергетическое образование

где V1, V2 — объем m кг газа в начале и конце процесса, м3.
Воспользовавшись первым законом термодинамики, мо­жем рассчитать теплоту процесса (для 1 кг газа) по формуле:

Энергетическое образование

При этом в термодинамике существует связь между изохорной cv и изобарной ср теплоемкостями. Связь устанавливается уравнением Майера: Энергетическое образование

Тогда выражение для определения количества теплоты для 1 кг газа примет вид:

Энергетическое образование

для произвольной массы газа: Энергетическое образование

Таким образом, в изобарном процессе теплота расходуется на совершение работы и на изменение внутренней энергии рабоче­го тела.

Изотермический процесс.Уравнение изотермического процесса: Т= const или pv = const.Графически изотермический процесс в р—v-диаграмме изображается в виде равнобокой гиперболы что вытекает из уравнения pv = const, и называется изотермой.

Энергетическое образование Связь между параметрами изотермического процесса определяется законом Бойля — Мариотта: Энергетическое образование

Так как Т1 = Т2, изменение внутренней энергии газа в изотермическом процессе равно нулю: Энергетическое образование

Совершенная 1 кг газа работа в изотермическом процессе, c учетом того что RT = const, определяется следующим образом:

Энергетическое образование

Пользуясь законом Бойля — Мариотта, получим: Энергетическое образование

Для произвольной массы рабочего тела уравнение работы примет вид:

Энергетическое образование

Графически в p-v диаграмме работа в процессе 1-2 определяется площадью под изотермой.
Теплота, участвующая в изотермическом процессе, определится соотношением:

Энергетическое образование

Это означает что вся подведенная в изотермическом процес­се теплота расходуется на совершение работы.

Адиабатный процесс.Уравнение адиабатного процесса имеет вид: Энергетическое образование

где k =cp/cv -показатель адиабаты для идеального газа.

Графически адиабатный процесс на p-v-диаграмме изо­бражается неравнобокой гиперболой, называемой адиабатой. Адиабата круче изотермы, так как к > 1.

Энергетическое образование Связь между параметрами процесса определяется, используя уравнение адиабаты и уравнение состояния газа pv = RT:

Энергетическое образование

Изменение внутренней энергии для т кг вещества определяется по формуле:

Энергетическое образование

Работа в адиабатном процессе, совершенная 1 кг газа, может быть определена из уравнения первого закона термодинамики : Энергетическое образование

Так как в адиабатном процессе q=0, то:

Энергетическое образование и Энергетическое образование

то есть работа расширения в адиабатном процессе совершается за счет уменьшения внутренней энергии газа.

Адиабатный процесс протекает без подвода теплоты, следовательно Q=0.

Политропный процесс
Уравнение политропного процесса имеет вид Энергетическое образование

где n — показатель политропы, который изменяется для разных процессов от 0 до бесконечности.
Рассмотренные ранее процессы являются частными случая­ми иолитроппых процессов:

Энергетическое образование если n = к, то pvk = const — адиабатный процесс;
если n = 1, то pv = const — изотермический процесс;
если n = 0, то pv0 = p = const — изобарный процесс;
если n ± ?, то представив pvn = const как рn v = const, имеем v=const — изохорный процесс.
Показатель изотропы n можно определить, если известны два состояния политропном процесс

Энергетическое образование
Энергетическое образованиеЭнергетическое образование

Графическое изображение политропного процесса в р—v-диаграмме имеет вид кривой, которая называется политропой. Соотношение параметров данного процесса можно полу­чить, заменив в уравнениях адиабатного процесса показатель степени k на показатель n:
Изменение внутренней энергии в политропном процессе для произвольной массы вещества определяется по формуле Энергетическое образование

Работа изменения объема в политропном процессе для 1 кг рабочего тела равна Энергетическое образование или, учитывая уравнение состояния Клапейрона,

Энергетическое образование

Для произвольной массы газа Энергетическое образование

Количество теплоты в политропном процессе для m кг вещества определяется выражением, полученным в соответствии с первым законом термодинамики

Энергетическое образованиеЭнергетическое образование

Задание:записать в отчет данные о термодинамических процессах

§

Справочный материал

Изучение прямого цикла Карно

Практическое занятие № 6

Цель работы:изучить цикл Карно и его применение в технике.

В изолированной термодинамической системе через некоторый промежуток времени устанавливается внутреннее равновесие, при котором рабочее тело по всей массе имеет одинаковую температуру и давление.

При равенстве давлений в системе и в окружающей среде изменение объема рабочего тела прекращается, и передача энергии в форме работы отсутствует (система находится в механическом равновесии со средой). Равенство температур рабочего тела и среды обеспечивает термическое равновесие. При этом между системой и окружающей средой не возникает передачи энергии в форме теплоты. Термодинамический процесс возможен только при нарушении механичес­кого или термического равновесия, и чем сильнее нарушается равновесие, тем быстрее протекает процесс. Все реальные термодинамические системы не изолированы от окружающей среды, которая выводит их из равновесия. Поэтому они являются неравновесными. Учитывая чрезвычайную сложность теплотехнических расчетов таких процессов, на практике их заменяют равновесными, то есть такими, при которых система проходит последовательно бесчисленное множество равновесных состояний. Эти равновесные процессы называют квазистатическими.

Для любой термодинамической системы можно представить два состояния, между которыми будет проходить два процесса: один от первого состояния ко второму и другой, наоборот, от второго состояния к первому. Первый процесс называют прямым, второй — обратным. Если после прямого процесса 1—2 следует обратный 2—1 и при этом термодинамическая система возвращается в исходное состояние, то такие процессы принято считать обратимыми. При обратимых процессах система в обратном процессе проходит через те же равновесные состояния, что и в прямом процессе. При этом ни в окружающей среде, ни в самой системе не возникает никаких остаточных явлений, то есть не имеет значения идет процесс А-В или В-А (рис.1).

Различают механически и термически обратимые процессы.

В механически обратимом процессе обмен энергией между системой и окружающей средой протекает в форме работы при бесконечно малой разности давлений.

В термически обратимом процессе термодинамическая система обменивается с окружающей средой энергией в форме теплоты при бесконечно малой разности температур.

Любой равновесный термодинамический процесс изменения состояния рабочего тела будет всегда обратимым. Обратимые процессы являются идеальными.

Действительные термодинамические процессы совершаются при конечной разности давлений и температур рабочего тела и окружающей среды и поэтому являются неравновесными. Такие процессы необратимы.

Необратимый термодинамический процесс – это процесс, при котором система не возвращается в исходное состояние после обратного процесса. Все необратимые процессы протекают в направлении достижения в термодинамической системе равновесия, то есть выравнивания в ней давлений, температур, концентраций.

§

Термический коэффициент полезного действия

Степень совершенства преобразования теплоты в механическую работу в термодинамическом цикле оценивается термическим коэффициентом полезного действия (к.п.д.). Термическим к. п. д. термодинамического цикла называется отношение работы, совершенной в прямом обратимом термодинамическом цикле, к теплоте, сообщенной рабочему телу от внешних источников:

Энергетическое образование

где q1 – тепло отданное в цикле рабочему телу теплоотдатчиком; q2 – тепло отданное в цикле рабочим телом теплоприёмнику; q1-q2 – тепло, преобразованное в цикле в механическую работу l.

Термический к. п. д. термодинамического цикла показывает, какое количество получаемой теплоты машина превращает в работу в конкретных условиях протекания идеального цикла. Чем больше величина ηt, тем совершеннее цикл и тепловая машина. Значение термического к. п. д. термодинамического цикла всегда меньше единицы.

В 1824 г. С.Карно впервые рассмотрел обратимый термодинамический цикл, состоящий из двух изотерм и двух адиабат. Этот цикл представляет собой замкнутый процесс, совершаемый рабочим телом в идеальной тепловой машине при наличии двух истопников теплоты: нагревателя (горячего источника) с температурой T1 и холодильника (холодного источника) с температурой T2 Цикл Карно в pv-диаграмме изображен на рис. 3.

Процессы 1—2 и 3—4 являются изотермическими, а 2—3 и 4—1 — адиабатными. Начальная температура рабочего тела в цикле принимается равной температуре нагревателя T1. При изотермическом расширении от состояния 1 до состояния 2 рабочее тело получает от нагревателя количество теплоты q1 при температуре T1. На участке 2—3 рабочее тело адиабатно расширяется. При этом температура рабочего тела понижается от T1до T2, а давление падает от p2 до p3. При сжатии по изотерме 3—4 от рабочего тела отводится к холодильнику количество теплоты q2 при температуреT2. Дальнейшее сжатие по адиабате 4—1 приводит к повышению температуры рабочего тела от T2 до T1, а рабочее тело возвращается в первоначальное состояние.

Суммарная работа цикла lц графически изображается площадью 12341. Термический к. п. д. цикла Энергетическое образование

Количество теплоты q1 и q2 определим из уравнений

Энергетическое образованиеЭнергетическое образованиеЭнергетическое образование

Подставляя полученные значения q1 и q2 в уравнение (5.2), находим. Покажем, что Энергетическое образование

Для адиабатных процессов расширения 2—3 и сжатия 4—1 соответственно имеем

Энергетическое образование и Энергетическое образование Откуда Энергетическое образованиеЭнергетическое образование

С учетом соотношения уравнение принимает вид Энергетическое образование
Из уравнения следует:

1. Термический к. п. д. цикла Карно зависит только от абсолютных температур нагревателя T1 и холодильника T2. Он возрастает с увеличением температуры T1 и уменьшением T2, то есть чем больше разность температур T1—T2, тем выше к. п. д. цикла Карно.

2. Термический к. п. д. цикла Карно всегда меньше единицы. Равенство ηt=1возможно только при T2 или T1=∞, что практически невозможно реализовать.

Теплота q1, подводимая к рабочему телу в цикле Карно, не может быть полностью превращена в работу, значительное количество теплоты отводится к теплоприемнику.

3. Термический к. п. д. цикла Карно при T1=T2 равен нулю, таким образом, невозможно превращение теплоты в работу, если все тела системы имеют одинаковую температуру, то есть находятся между собой в тепловом равновесии.

4. Термический к. п. д. цикла Карно не зависит от устройства двигателя и физических свойств рабочего тела, а зависит лишь от температур нагревателя T1 и холодильника T2. Это положение известно под названием теоремы Карно. Последнее следует из того, что формула (5.5) не содержит величин, характеризующих свойства рабочего тела.

Задание:изучить цикл Карно.

§

Изучение конструкции компрессора

Практическое занятие № 7

Цель работы:изучит конструкцию компрессора.

Компрессор (от лат. compressio — сжатие) — устройство для сжатия и подачи газов под давлением (воздуха, паров хладагента и т. д.).

Компрессорная установка — совокупность компрессора, привода и вспомогательного оборудования (газоохладителя, осушителя сжатого воздуха и т. д.).

Компрессоры называются дожимающими, если давление всасываемого газа существенно превышает атмосферное. Производительность компрессоров обычно выражают в единицах объёма газа, приведённого к нормальным условиям. При этом различают производительность по входу и по выходу. Эти величины практически равны при маленькой разнице давлений между входом и выходом. При большой разнице у, скажем, поршневых компрессоров, выходная производительность может при тех же оборотах падать более чем в два раза по сравнению с входной производительностью, измеренной при нулевом перепаде давления между входом и выходом.

Классификация

Общепринятая классификация механических компрессоров по принципу действия. Под принципом действия понимают основную особенность процесса повышения давления, зависящую от конструкции компрессора.

Объёмные компрессоры.Это машины, в которых процесс сжатия происходит в рабочих камерах, изменяющих свой объём периодически, попеременно сообщающихся с входом и выходом компрессора. Объёмные машины по геометрической форме рабочих органов и способу изменения объёма рабочих камер можно разделить на поршневые, мембранные и роторные (винтовые, ротационно-пластинчатые, жидкостно-кольцевые, с катящимся ротором, газодувки Рутс (насос Рутса), спиральные) компрессоры.

Поршневые компрессоры.Могут быть одностороннего или двухстороннего действия, крейцкопфные и бескрейцкопфные, смазываемые и без применения смазки (сухого трения или сухого сжатия), (при высоких давлениях сжатия применяются также плунжерные).

Роторные компрессоры.К объёмным машинам с вращающим сжимающим элементом (роторным машинам) относятся: винтовые компрессоры, ротационно-пластинчатые, жидкостно-кольцевые и другие конструкции компрессорных машин.

Лопастные компрессоры.Машины динамического действия, в которых сжатие газа происходит в результате взаимодействия потока с вращающейся и неподвижной решётками лопастей. Характерной особенностью лопастных машин является отсутствие пульсации развиваемого ими давления. К лопастным относятся осерадиальные, осевые и вихревые машины, лопастные компрессоры также называют турбокомпрессорами.

Прочая классификация

По назначению (применению) компрессоры классифицируются по отрасли производства, для которых они предназначены (химические, энергетические, общего назначения и т. д.), по роду сжимаемого газа (воздушный, кислородный, хлорный, азотный, гелиевый и т. д.).

По способу отвода теплоты — с жидкостным или воздушным охлаждением.

По типу приводного двигателя — с приводом от электродвигателя, двигателя внутреннего сгорания, паровой или газовой турбины. Если компрессор приводится во вращение от турбины, то он называется турбокомпрессор.

По устройству компрессоры могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми.

По конечному давлению различают:

Вакуум-компрессоры, газодувки — машины, которые отсасывают газ из пространства с давлением ниже атмосферного или выше. Воздуходувки и газодувки подобно вентиляторам создают поток газа, однако, обеспечивая возможность достижения избыточного давления от 10 до 100 кПа (0,1..1 атм.), в некоторых специальных исполнениях — до 200 кПа (2 атм.). В режиме всасывания воздуходувки могут создавать разрежение как правило 10..50 кПа, в отдельных случаях до 90 кПа и работать как вакуумный насос низкого вакуума.

Компрессоры низкого давления, предназначенные для нагнетания газа при давлении от 0,15 до 1,2 МПа.

Компрессоры среднего давления — от 1,2 до 10 МПа.

Компрессоры высокого давления — от 10 до 100 МПа.

Компрессоры сверхвысокого давления, предназначенные для сжатия газа выше 100 МПа.

Примеры решенных задач по физике — контрольная 8(молекулярная физика, равновесное излучение, ядерные реакции)

Ниже приведены условия и решения задач. Закачка решений в формате doc начнется автоматически через 10 секунд. 

Задача 407.

Найти плотность Энергетическое образованиегазовой смеси, состоящей по массе из одной части водорода и восьми частей  кислорода при давлении Энергетическое образованиегазовой смеси, состоящей по массе из одной части водорода и восьми частей  кислорода при давлении Энергетическое образование и температуре Энергетическое образование

Дано : Энергетическое образованиеЭнергетическое образованиеЭнергетическое образованиеЭнергетическое образование  Энергетическое образование  Энергетическое образование

Найти g.

Решение. Пусть Энергетическое образование и Энергетическое образование и Энергетическое образование — масса водорода и кислорода,  Энергетическое образование и Энергетическое образование и Энергетическое образование— их парциальные давления, Энергетическое образованиеобъём смеси газов. Согласно уравнению Менделеева – Клапейрона для водорода имеем

                        Энергетическое образование                                                                                 ( 1 )

а для кислорода

                         Энергетическое образование                                                                                ( 2 )

где Энергетическое образование — молярная масса водорода,Энергетическое образование — молярная масса водорода,Энергетическое образование — молярная масса кислорода, Энергетическое образование — универсальная газовая постоянная. Сложим левые и правые части уравнений (1) и (2), учитывая, что Энергетическое образование — универсальная газовая постоянная. Сложим левые и правые части уравнений (1) и (2), учитывая, что Энергетическое образование — давление смеси газов:

                         Энергетическое образование     Энергетическое образование     Энергетическое образование

откуда объём Энергетическое образование

                         Энергетическое образование

Масса смеси Энергетическое образование поэтому её плотность

                         Энергетическое образование                                                           ( 3 )

Пусть масса одной части составляет Энергетическое образованиеТогда масса Энергетическое образованиеТогда масса Энергетическое образование частей водорода

Энергетическое образование а масса Энергетическое образование а масса Энергетическое образование частей кислорода Энергетическое образование Подставляем значения

Энергетическое образование и Энергетическое образование и Энергетическое образование в формулу (3):

                          Энергетическое образование

                          Энергетическое образование

Проверка размерности:

                          Энергетическое образование

Подставляем данные:

                          Энергетическое образование

Ответ: Энергетическое образование

Задача 417.

Найти среднее число столкновений в 1 секунду молекул углекислого газа при температуре Энергетическое образованиеесли длина свободного пробега при этих условиях равна

Энергетическое образование

Дано: Энергетическое образование  Энергетическое образование  Энергетическое образование

Найти  Энергетическое образование

Решение. Среднее число столкновения в единицу времени рассчитывается по формуле

                            Энергетическое образование                                                                                        ( 4 )

где Энергетическое образование — средняя арифметическая скорость молекул, Энергетическое образование — средняя арифметическая скорость молекул, Энергетическое образование — средняя длина свободного пробега. В свою очередь скорость Энергетическое образование находится по формуле

                           Энергетическое образование                                                                                    ( 5 )

где Энергетическое образование— молярная масса углекислого газа Энергетическое образование— молярная масса углекислого газа Энергетическое образование

Подставляем (5) в (4)

                           Энергетическое образование

Проверка размерности:

                           Энергетическое образование

Подставляем данные:

                           Энергетическое образование

Ответ:Энергетическое образование

Задача 427.

В баллоне объёмом Энергетическое образование литров находится гелий под давлением Энергетическое образование литров находится гелий под давлением Энергетическое образование и при температуре Энергетическое образование после того, как из баллона было взято Энергетическое образование после того, как из баллона было взято Энергетическое образованиегелия, температура в баллоне понизилась до Энергетическое образование Определить давление Энергетическое образование Определить давление Энергетическое образование гелия, оставшегося в баллоне,и изменение внутренней энергии газа.

Дано:Энергетическое образование

Энергетическое образование

Найти  Энергетическое образование

Решение. Пусть Энергетическое образование— начальная масса гелия. Запишем уравнение Менделеева Клапейрона

                              Энергетическое образование                                                                      ( 6 )

где Энергетическое образование— молярная масса гелия. После изъятия из баллона гелия массой Энергетическое образование— молярная масса гелия. После изъятия из баллона гелия массой Энергетическое образование его масса становится равной Энергетическое образование и уравнение Менделеева – Клапейрона принимает вид

                              Энергетическое образование      Энергетическое образование      Энергетическое образование                          ( 7 )

Из (6) находим массу Энергетическое образование

                               Энергетическое образование

и подставляем её в (7)

                               Энергетическое образование

                               Энергетическое образование

откуда давление  Энергетическое образование

                               Энергетическое образование                                                                  ( 8 )

Начальная внутренняя энергия гелия

                               Энергетическое образование

а его конечная внутренняя энергия

                              Энергетическое образование

где Энергетическое образование — число степеней свободы молекулы. Изменение внутренней энергии.

                              Энергетическое образование                                      ( 9 )

Подставляем начальную массу Энергетическое образование в формулу (9)

                              Энергетическое образование

                              Энергетическое образование                                                   ( 10 )

Проверка размерности:

Энергетическое образование

                               Энергетическое образование

                               Энергетическое образование

Подставляем данные в формулы (8) и (10), учитывая, что гелий – одноатомный газ, поэтому имеются только три поступательные степени свободы Энергетическое образование

                               Энергетическое образование

Энергетическое образование

Отрицательный знак Энергетическое образование указывает на то, что внутренняя энергия гелия уменьшается.

Ответ:  Энергетическое образование  Энергетическое образование  Энергетическое образование

Задача 437.

Азот массой Энергетическое образованиеЭнергетическое образованиеЭнергетическое образованиеадиабатически расширили в Энергетическое образование

а затем изобарно сжали до первоначального объёма. Определить изменение энтропии DS газа в ходе указанных процессов.

Дано: Энергетическое образование  Энергетическое образование  Энергетическое образование  Энергетическое образование

Найти  Энергетическое образование

Решение. Процессы, в которых участвует газ, изображены на рис.1 на

Энергетическое образование— диаграмме.

Энергетическое образование

Процесс 1-2 представляет собой адиабатическое расширение, а процесс 2-3 – изобарное сжатие. Изменение энтропии в этих процессах

                             Энергетическое образование                                                   ( 11 )

где Энергетическое образование— подводимое к газу количество теплоты. При адиабатическом процессе газ теплоизолирован и Энергетическое образование— подводимое к газу количество теплоты. При адиабатическом процессе газ теплоизолирован и Энергетическое образованиеПоэтому в данном процессе энтропия не изменяется:

Энергетическое образование При изобарном процессе при изменении температуры на малое значение

Энергетическое образование

                              Энергетическое образованиеЭнергетическое образованиеЭнергетическое образование                                                                          ( 12 )

где Энергетическое образование— молярная теплоёмкость при постоянном давлении. Подставляем (12) в (11), получаем

                                Энергетическое образование                         ( 13 )

где Энергетическое образование температура газа в состояниях 2 и 3. При изобарном процессе

                                 Энергетическое образование

поэтому

                                 Энергетическое образование                                                                       ( 14 )

( см.рис.1). Молярная теплоёмкость при постоянном давлении

                                 Энергетическое образование                                                                                 ( 15 )

При этом число степеней свободы для двухатомной молекулы азота Энергетическое образованиеПодставляя (14) и (15) в ( 13), окончательно получаем

                                 Энергетическое образование

Проверка размерности:

                                 Энергетическое образование

Подставляем данные:

                                 Энергетическое образование

Видно, что энтропия при переходе газа из состояния 1 в состояние 3 уменьшается.

Ответ: Энергетическое образование

Задача 447.

За 5 мин. излучается энергия Энергетическое образованиеПлощадь окошка  Энергетическое образованиеПлощадь окошка  Энергетическое образованиеПринимая, что окошко излучает как абсолютно чёрное тело, определить температуру печи.

Дано: Энергетическое образование  Энергетическое образование  Энергетическое образование  Энергетическое образование

Найти Энергетическое образование

Решение. Излучаемая энергия равна

                                    Энергетическое образование                                                                         ( 16 )

где Энергетическое образование энергетическая светимость, Энергетическое образование энергетическая светимость, Энергетическое образование— площадь излучателя, Энергетическое образованиепромежуток времени. Согласно закону Стефана – Больцмана энергетическая светимость абсолютно черного тела

                                    Энергетическое образование                                                                         ( 17 )

где Энергетическое образование— постоянная Стефана- Больцмана, Энергетическое образование— постоянная Стефана- Больцмана, Энергетическое образование— температура. Подставляем (17)в (16)

                                   Энергетическое образованиеЭнергетическое образованиеЭнергетическое образование

откуда находим температуру  Энергетическое образование

                                      Энергетическое образование

Проверка размерности:

                                     Энергетическое образование

Подставляем данные:

                                     Энергетическое образование

Ответ:   Энергетическое образование

Задача 457.

В одном акте деления ядра урана   Энергетическое образованиеосвобождается энергия Энергетическое образованиеосвобождается энергия Энергетическое образование Определить: 1) энергию, выделяющуюся при распаде всех ядер этого изотопа урана массой Энергетическое образование 2) массу каменного угля с удельной теплотой сгорания

Энергетическое образованиеэквивалентную в тепловом отношении  Энергетическое образованиеэквивалентную в тепловом отношении  Энергетическое образование урана Энергетическое образование

Дано: Энергетическое образование

Найти   Энергетическое образование  Энергетическое образование  Энергетическое образование

Решение. Если в одном анте деления выделяется энергия Энергетическое образованието при распаде Энергетическое образованието при распаде Энергетическое образование ядер выделяется энергия

                                      Энергетическое образование

Рассчитаем количество ядер Энергетическое образованиев уране массой Энергетическое образованиев уране массой Энергетическое образование Количество урана Энергетическое образование где Энергетическое образование где Энергетическое образование — молярная масса изотопа Энергетическое образованиеПоэтому

                                       Энергетическое образование

где  Энергетическое образованиепостоянная Авогадро. Таким образом, выделяемая энергия

                                       Энергетическое образование

Эквивалентная в тепловом отношении масса каменного угля

                                        Энергетическое образование

Проверка размерности:

                                        Энергетическое образование

                                       Энергетическое образование

Подставляем данные, предварительно переведя энергию Энергетическое образование изЭнергетическое образование изЭнергетическое образование в Энергетическое образование

                                 Энергетическое образование

                                 Энергетическое образование

                                Энергетическое образование

Ответ: 1) Энергетическое образование   2) 2,8 тысячи тонн.

Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий