1.4. Уравнение состояния идеального газа

Параметры газа p, v и Т взаимосвязаны. Характер этой связи выражает уравнение состояния. Распространены три формы записи этого уравнения:  pv = RT – уравнение состояния 1 кг газа; pV = MRT – уравнение состояния М кг газа; pV_=RT – уравнение состояния 1 киломоля газа, где R – газовая постоянная, Дж/(кгК). Она равна работе в Дж, которую совершает 1 кг газа, расширяясь при нагреве на 1 К при постоянном давлении; V – объем М кг газа, м³; V_  – объем одного киломоля газа, м³/кмоль;  – один киломоль газа, кг/кмоль. Киломолем называют количество килограммов газа, равное его молекулярной массе. Молекулярные массы некоторых газов приведены в табл. 3, прил. 1; R –  универсальная  газовая постоянная. Для одного киломоля любого газа она имеет одно значение R = 8314 Дж/(кмоль К). Откуда газовую постоянную можно найти из соотношения R = 8314/. Так для водорода R = 8314/2 = 4157 Дж/(кгК), для кислорода R = 8314/32 = 259,8 Дж/(кгК). При решении задач уравнение состояния позволяет находить входящие в него неизвестные величины или производить замены при выводе других уравнений  (см. задачу 1, с. 22)

1.7. Термодинамический процесс в координатах pv

Рис.1.2  Термодинамический процесс: 1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – шток (шатун)

Термодинамический процесс – это процесс изменения состояния газа. Графически термодинамический процесс представляет кривую или прямую линию, которая в координатах pv показывает, как меняются давление и температура килограмма газа при изменении его объема. На рис. 1.2 изображен цилиндр, в котором перед поршнем размещен 1 кг газа. При левом положении поршня параметры газа равны p1, v1, T1, что соответствует точке 1. Под давлением газа поршень перемещается в правое положение, а параметры газа принимают значения p2, v2, T2, что соответствует точке 2. При сдвиге поршня на dh газ переходит в состояние точки А и совершает работу dl    dl = p F dh = p dv.                                 (1.7) Выделим штриховкой полоску площади под элементарным процессом 1- А. Высота ее равна р, ширина dv, а площадь p dv = dl, т.е. эта полоска площади эквивалентна работе газа в процессе 1- А. Вся работа, совершенная газом в процессе расширения 1-2, равна сумме таких полосок:    пл. 122’1’1 – работа, выполненная газом при расширении или затраченная на его сжатие, выражается величиной площади фигуры  под линией процесса. Работа расширения (+ dv) положительная, работа сжатия (‑dv) отрицательная.

Физические свойства газов: термины, определения и параметры

Газом называют агрегатное состояние вещества, в котором все его частицы (атомы, молекулы) слабо взаимодействуют между собой и, двигаясь, заполняют весь предоставляемый ему объем. Основным свойством газа является его способность полностью заполнить сосуд, в котором он находится.

 

Идеальный газ - газ, для которого энергия взаимодействия между молекулами пренебрежимо мала по сравнению с кинетической энергией их хаотичного (теплового) движения. Уравнение состояния для n молей идеального газа, занимающего объем V при температуре Т и давлении р, имеет вид: pV = n R T, где R - газовая постоянная (уравнение Клапейрона - Менделеева).

 

В настоящем разделе кратко изложены некоторые общие сведения, касающиеся физических свойств газов. Конкретныефизические свойства разных газов находятся в подразделах нашего сайта. Эти подразделы будут постепенно пополняться новой информацией, которая, возможно, окажется полезной инженерам и конструкторам при проведении расчетов.

Плотность газа:

, [кг/м³]

Килограмм на кубический метр [кг/м³] равен плотности однородного газообразного вещества, масса которого при объёме 1 м³ равна 1 кг.

где

dm - масса элемента газа, объёмом dV.

dV - объём элемента газа.

Динамическая вязкость газа:

, [Па с]

где

F - сила внутреннего трения газа.

S - площадь поверхности слоя газа, на которую рассчитывается сила внутреннего трения.

 - величина, обратная градиенту скорости газа.

Паскаль-секунда [Па с] равна динамической вязкости газа, касательное напряжение в которой при ламинарном течении на расстоянии 1 м по нормали к направлению скорости, равно 1 Па.

Кинематическая вязкость газа:

, [м²/с]

где

 - динамическая вязкость газа.

 - плотность газа.

Квадратный метр на секунду [м²/с] равен кинематической вязкости газа с динамической вязкостью 1 Па с и плотностью 1 кг/м³.

Коэффициент теплопроводности газа:

, [Вт/(м К)]

где

t - время.

S - площадь поверхности.

Q - количество теплоты [Дж], перенесённое за время t через поверхность площадью S.

 - величина, обратная градиенту температуры газа.

Ватт на метр-кельвин [Вт/(м К)] равен коэффициенту теплопроводности газа, в котором при стационарном режиме с поверхностной плотностью теплового потока 1 Вт/м² устанавливается температурный градиент 1 К/м.