Определяне константна универсален газ 1
Цел: Да се определи експериментално постоянен метод за изпомпване универсален газ.
Universal газ постоянна R може да бъде определена от уравнение (1.7) Менделеев-Clapeyron
. (1.26)
където р - налягане; V - обем; m - маса; m - моларната маса на газа.
Като се има предвид уравнение (1.26) за двете маси М1 и М2 от същия газ под същия температура Т и V. обем ние получаваме изрази за универсална газова константа:
Ако ние определяме Р1 налягане и температура Т за газ маса m1. обем, съдържащ се в V. съд и след това се промени маса м2 газ (например, изпомпване на газ) и отново се определи останалата налягане Р2 газ. след това с формула (1-27) може да се изчисли на универсалната газова константа R.
M1 първоначалната маса на газ може да бъде изчислена по формулата
където V0 - обем на възстановения газ.
Тогава масата на останалата газа в съда
Заместването на последния израз в (1.27), получаваме:
Експериментът се провежда върху растението (фиг. 1,9), състоящ се от контейнер, C (кух метален цилиндър) с три игли. Един терминал е свързан към W спринцовка, а вторият - микроманометър с М, и е спойка на третия кран К, скачените съдове с атмосферата. Преместването на буталото на спринцовката, може да се изпомпва от съда с някои обем V0 въздух маса и промяна на налягането на въздуха в нея. промени налягането в контейнер C е фиксиран микроманометър чийто мащаб е завършила мм воден стълб.
Редът на изпълнение
1. Чрез отваряне на клапана, буталото на спринцовката да предаде на първоначалното (нула) позиция. Крейн затворен.
2. ограничител микроманометър стрелка свежда до нула.
3. Чрез преместване на буталото на спринцовката, изпомпва въздух от С. съд Обемът на въздуха евакуира V0 запис в Таблица 1.2.
4. Определяне на р2 микроманометър налягане. написана в таблицата.
5. Повторете три пъти н. 1 - 4.
6. запис в таблицата на термометър (температура на въздуха в лабораторията - Т), и барометричното (атмосферно налягане - Р1).
Обработка на резултатите от измерването
1. Съгласно формула (1.28) за изчисляване на универсалната газова константа за
всеки експеримент, превод на всички свои ценности в SI.
2. Изчислява се средната стойност на универсалната газова константа.
3. Сравнете стойността, получена е универсална газова константа с масата. Заключение за извършената работа.
Контролни въпроси и задачи
2. Посочете единици универсалната газова константа R в SI.
3. Запишете основния уравнение молекулно кинетичната теория на идеалните газове (ICB) и изхода от тях Менделеев-Clapeyron уравнение.
4. Обяснете начина на определяне на универсалната газова константа R в тази работа.
2. Транспорт явления в термодинамично
Видове транспортни процеси
В предишните глави, ние счита само равновесните свойства на веществото или термодинамични процеси, които квази-статически (т.е. много бавно) прехвърляне на системата от едно състояние в друго равновесие. Ние не смятат себе си за процесите на преход от едно състояние в друго. В изолирана система макроскопска равновесно състояние се характеризира с равномерно разпределение на плътността (концентрация) на веществото, температурата и отсъствието на правилното движение на газ или течност. Система с нехомогенно разпределение на параметрите (плътност, температура и т.н.) ще са склонни към равновесие, т.е. до състояние, характеризиращо се с това параметри постоянство във времето и липсата на тече (правилното движение на молекули на газ или течност). Този процес се нарича релаксация. процеси за подравняване са придружени от прехвърлянето на редица физически променливи (маса, импулс, енергия) и затова се наричат транспортни явления. ускори nonequilibrium система за равновесие приближение трябва да се свързва с градиенти на съответните параметри на състоянието 1. Експериментът потвърждава тази позиция, която позволява да се опише явленията дифузия (плътност подравняване или концентрацията поради масообмен в по-голямата част), топлопроводимост (при температура уравняващо резултат от обем трансфер на топлинна енергия случаен движение на частиците) и вискозитет (подравняване слоеве с различни скорости на течността поради прехвърляне на инерцията на непрекъсната среда на частиците).
1 Ако скаларна стойност А е неравномерно разпределени в пространството, скоростта (процент) за промяна на тази стойност в избраната посока характеризира градиент.
Градиент величина () - вектор, насочен към всяка точка на бързо нарастване в посока на това количество, и числено равно на промяната по дължина на единица в тази посока. Ако стойността на А променя само по една посока (Ox), модула на градиента:
През DT през тампон, перпендикулярна на посоката на транспортиране (х) на физическо количество ще бъде преместен db (маса, скорост, енергия) се определя от уравнението:
където - коефициент на пропорционалност се нарича коефициент на трансфер. ²-² знак показва, че по посока на увеличаване на големината и посоката на трансфер стойност в обратното, т.е. има винаги транспортира към стриване стойност А.
Законите на трансфер на маса, енергия и инерция като основа за теорията на необратими процеси. или физически кинетика. Преди да е запознат със законите на физически кинетика, ще се въведе на кинематични характеристики, които описват движението на молекули в средата.
Броят на сблъсъци и
средният свободен пътя на молекулите
Газовите молекули са в непрекъснато движение хаотично, се сблъскват една с друга. Е средният брой на сблъсъци áZ ñ за единица време, и това, което е средната продължителност на пътя на молекулата áл ñ от един сблъсък с друг? Минималното разстояние, което може да се приближи молекулите, молекула се нарича ефективен диаметър (D). Това зависи от скоростта на сблъсък молекули, и по този начин температурата на газа.
За да се определи áZ ñ представете си такъв опростен модел на молекула, във формата на топка с диаметър г. която се движи към други "замразени" молекули. Тази молекула ще срещне само тези молекули, чиито центрове са разположени на разстояние, равно на или по-малко от г (фиг. 2.1). Можем да си представим, че тя ще се проведе в един регион, който е оформен да бъдат близо до цилиндъра. обем V на средния брой на цилиндрите на молекули е равна на втората сблъсък
Като се има предвид движението на останалата част от молекулите, на
След това средният свободен пътеката е обратно пропорционално на концентрацията на молекулите
При нормални условия, áл ñ = 7 х 10 -8 m. Дължината на средната свободен пътя на молекули могат да бъдат експериментално определена чрез изследване на транспортни явления в газове.
физични закони кинетика
Diffusion. В дифузия трансфер наблюдава както хомогенна и хетерогенна газ. Резултатът е постепенно смесване на масата на газ, газ масообмен. На химически чисти газове при постоянна температура дифузия възниква поради неравномерното плътност в различни части на обема на газ. дифузия явление за химически чист газ се подчинява закон на Фик:
масова плътност на потока на веществото. преминаване през единица площ е пропорционална на коефициента на дифузия (измерен в т 2 / и), - градиент на плътност, равна на скоростта на промяна на плътността на единица дължина х. знак минус показва, че масообмен среща в посока на намаляване на плътността. Коефициентът на дифузия е числено равна на плътността на масова плътност на потока градиент равна на единица. Според кинетичната теория на газовете:
Тъй като средният свободен пътя на молекулите е обратно пропорционално на молекулното концентрация п [см. (2.4)], и налягането р е по-високата п. коефициента на дифузия е обратно пропорционална на налягането на газа.
Вискозитет. Механизмът на вътрешното триене между слоя паралелно газ или течност, които се движат един спрямо друг с различни скорости, е, че се дължи на случайни топлинна движение на молекули се обменят между слоевете. В резултат на инерция слой се движат бързо намалява, и бавно - се увеличава, което води до инхибиране слой се движат по-бързо ускорение и слоят бавно.
Силата на вътрешното триене между слоевете на газ (течност) се подчинява
ч - динамичен вискозитет. коефициент или вътрешно триене или вискозитет; DV / DX - градиента на скоростта, показва скоростта на скоростта на промяна в посоката х. която е перпендикулярна на посоката на движение на слоевете; S - площта, върху която силата F.
Взаимодействие на два слоя съгласно втория закон на Нютон може да се разглежда като процес, при който промяната на импулса в един слой по отношение на другата за единица време е равно модул качеството на всеки слой на сила. Тогава плътността на кинетична енергия
В знак минус показва, че инерцията се прехвърля в посока на намаляване на скоростта.
Динамичен вискозитет ч е числено равна на плътността на кинетична енергия в градиент скорост равна на единица, и се изчислява по формулата:
R Тъй като плътността е пряко пропорционална на налягането р. а средният свободен пробег áл ñ обратно пропорционална на налягането, коефициентът на вътрешно триене не зависи от налягането. Тя се определя главно от естеството на химикали и температурата.
право на вътрешно триене на Нютон се използва, например, получаването на т.нар Поазьой формула. определяне на обема V на вискозна течност, която тече през времето т чрез радиус R тръба и от дължината L на разликата в налягането в краищата на тръбата, равно # 916 р:
Топлопроводимост. В газове, пренос на топлина се появява от нагрятата част с температура Т1 до температура Т2 със студена. Трансфер teplaosuschestvlyaetsyavsledstvie постоянни сблъсъци на молекули с висока кинетична енергия на молекулите, чиято енергия е по-малко. Постепенно процеса на подреждане на средната кинетичната енергия на молекулите. предаване на енергия под формата на топлина е предмет на правото на Фурие
- плътността на топлинния поток; коефициент л-топлопроводимост; температура-градиент. равна на скоростта на промяна на температурата на единица дължина х в посока, перпендикулярна на този сайт. знак минус показва, че енергията се пренася когато топлопроводимост в посока на намаляване на температурата.
където CV - газ специфична топлина при постоянен обем (количеството топлина, необходима за нагряване на газ на 1 кг на 1 К при постоянен обем). Коефициент на топлопроводимост л се измерва в W / (m х К).
Така че, в явлението на дифузия на газове, вискозитет и топлопроводимост имат много чести:
1) Всички тези явления са причинени от прехвърляне: дифузия явление - масообмен, топлопроводимост явление - пренос на енергия, феноменът на вискозитета - импулс трансфер;
2) Всички явления са придружени от разсейване на енергия;
3) в механизма на трите явления играе важна роля средната свободен пробег áл ñ,
Сравнете претенциите, които описват транспортни явления (виж Таблица 2.1.). От формулите, получени проста връзка между L, D и Н: