Вопрос 4

Реальные газы отличаются от идеальных тем, что у молекул этих газов являются объем и они связаны между собой силами взаимодействия, имеют электромагнитную и квантовую природу. Отличие свойств реальных газов от идеальных исключило возможность применения к ним в чистом виде законов идеального газа.

При практических расчетах свойств реальных газов широкое применение находит отношения с = P v / R T (1.109) Величину с называют коэффициентом сжимаемости. Для идеальных газов при любых условиях с = 1. Для реальных газов значение коэффициента сжимаемости в зависимости от давления и температуры может быть больше или меньше 1 и только при очень малых давлениях и высоких температурах оно практически равен единице, тогда реальные газы можно рассматривать как идеальные. Исходя с этого коэффициент сжимаемости характеризует отклонение свойств реального газа от свойств идеального. В связи с различием свойств реального газа от свойств идеального нужно иметь другие уравнения состояния, связывающие бы значение P, v, T и давали бы возможность рассчитывать свойства реальных газов для различных условий. Было предложено много различных уравнений состояния реальных газов, но ни одно из них не решает проблему для общего случая. Вириальни коэффициенты выражаются через потенциальную энергию взаимодействия молекул данного газа и температуру Т. Для газов с нулевого плотностью (идеальный газ) уравнения (1.111) переходит в уравнение Клапейрона. Однако уравнение (1.110), (1.111) в общем виде не могут быть использованы для непосредственных расчетов реальных газов. Поэтому для отдельных случаев получены расчетные уравнения того или иного реального газа. Из-за сложности вычисления вириальних коэффициентов обычно ограничиваются расчетом первых двух коэффициентов. Для практических целей пользоваться приведенными уравнениями состояния реального газа неудобно вследствие их сложности и необходимости выполнения трудоемких расчетов. На практике для описания термодинамических свойств реальных технически важных веществ в широкой области параметров состояния возникает необходимость их экспериментального исследования. Среди всех термодинамических параметров непосредственно измерения подлежат давление Р, температура Т и удельный объем v. Вторая часть термодинамических параметров определяется математическим путем. На основе полученных данных строят таблицы и диаграммы, непосредственно и используют. Например, для водяного пара существуют таблицы водяного пара и ентальпийно-энтропийные диаграммы водяного пара. Во многих отраслях народного хозяйства в качестве рабочего тела используют пары различных веществ (воды, аммиака, углекислого газа, фреонов и др..) И атмосферный воздух. Наиболее дешевыми и легкодоступными газами, которые чаще всего используются, является водяной пар и атмосферный воздух.

Вопрос 5

Атмосферный воздух широко используется в технике: в качестве рабочего тела (в воздушных холодильных установках, кондиционерах, теплообменниках и сушильных устройствах) и составной части для горения топлива (в двигателях внутреннего сгорания, газотурбинных установках, в парогенераторах).

Сухим воздухом называется воздух, не содержащий водяных паров. В атмосферном воздухе всегда содержится некоторое количество водяного пара.

Влажным воздухом называется смесь сухого воздуха с водяным паром.

В теплотехнике некоторые газообразные тела принято называть паром. Так, например, вода в газообразном состоянии называется водяным паром, аммиак – аммиачным паром.

Рассмотрим более подробно термодинамические свойства воды и водяного пара. (1-6).

Процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием.Образование пара из одноименной жидкости происходит посредством испарения и кипения. Между данными процессами существует принципиальное различие.Испарение жидкости происходит лишь с открытой поверхности. Отдельные молекулы, имеющие большую скорость, преодолевают притяжение соседних молекул и вылетают в окружающее пространство. Интенсивность испарения возрастает с увеличением температуры жидкости.Сущность кипения состоит в том, что генерация пара происходит в основном в объеме самой жидкости за счет испарения ее внутрь пузырьков пара.Переход вещества из газообразного состояния в жидкое называется конденсациейПар какого-либо вещества, находящийся в динамическом равновесии с одноименной жидкостью, называется насыщенным паром.

Различают следующие состояния водяного пара:

• влажный пар;

• сухой насыщенный пар;

• перегретый пар.

Влажный пар – насыщенный пар, содержащий в себе одноименную жидкость в виде взвешенных мелкодисперсных частиц. Сухой насыщенный пар – пар, не содержащий одноименной жидкости и имеющий температуру кипения t_H при данном давлении P_П.Индекс “н” при температуре обозначает насыщение (или кипение). Перегретый пар – пар, температура которого превышает температуру кипения (t_П>t_Н) при данном давлении Р.

Рассмотрим характер и расположение изобар (процесс при постоянном давлении P=const) воды и водяного пара в Ts-диаграмме. Энтропия S является термодинамическим параметром состояния вещества.