2. Уравнение состояния

Аналитическая зависимость между параметрами состояния газа – уравнение состояния газа.

В общем виде это уравнение имеет вид

F(p,w,t) = 0

Для 1 кг идеального газа уравнение выглядит следующим образом – уравнение Клапейрона:

pw = RT

R– газовая постоянная, Дж/кг*К

Для 1 кмоля идеального газа уравнение состояния газа имеет вид – уравнение Менделеева - Клапейрона

pWм =RмT

Rм – универсальная газовая постоянная, равная 8, 314 Дж/(моль*К)

Wм – объем одного моля

Молекулярный вес газа представляет собой сумму атомных весов химических элементов, образующих молекулу. Следовательно, молекулярный вес характеризует массу молекулы.

Это были уравнения для идеального газа и для реального газа, если давление системы небольшое (до 100*10⁵Па)

В случае больших давлений уравнения дают большие ошибки, поэтому в инженерных расчетах используют уравнение для реального (Ван-дер-Вальса) газа вида:

- поправка к давлению, учитывающая внутримолекулярные силы сцепления молекул;

b– поправка в удельный объем, учитывающая влияние на давление собственного объема молекул газа и зазора между молекулами.

3. Закон Авогадро

В одинаковых объемах при одинаковой температуре и давлениях все газы содержат одно и то же число молекул. Значит моль любого газа имеет один и тот же объемWм.

- при нормальных физических условиях (р = 10333 Па, t= 0⁰С)Wм = 22, 4 м³/моль

- при нормальных технических условиях (р = 10⁵Па,t= 15⁰С)Wм = 24, 4 м³/моль

Моль вещества– массовое количество газа в кг, численно равное его молекулярной массе.

4. Закон Дальтона

Если смесь состоит из газов, которые не вступают между собой в химические реакции, то каждый газ ведет себя так, как будто он один занимает весь объем, в котором помещена смесь.

Давление газовой смеси равно сумме парциальных давленийц газов, составляющих смесь

p₁+ р₂+ р₃+…+p_n=

- парциальное давлениеi-го газа

Парциальное давление– давление, под которым может находитсяi-ый компонент смеси газов, занимая объем, равный объему смеси газов.

Из закона следует, что каждый газ, находящийся в смеси, оказывает на стенки сосуда, в котором заключена смесь, такое давление, какое он оказал бы, занимая сам весь объем сосуда.

5. Истинная и средняя теплоемкость

При подаче теплоты в систему, она меняет свою температуру. Поэтому при исследовании необходимо знать количественное соотношение между теплом qи изменением температуры (сt₁доt₂). Такое соотношение называют теплоемкостью.

Удельная теплоемкость– количество энергии, необходимое для нагрева на 1⁰С единицы массы вещества.

(дж/(кг*К))

На практике часто используют понятие средней удельной теплоемкости

,- средние удельные теплоемкости в интервалах температур, соответственно от 0 доt₂и от 0 доt₁определяются по таблицам.

Удельная теплоемкость может быть при постоянном давлении и при постоянном удельном объеме.

6. Способы задания газовой смеси

В практике очень редки случаи использования однородных газов в качестве рабочих тел. Чаще последними являются смеси, состоящие из нескольких однородных газов. Каждый из газов, входящих в смесь, называют компонентом.

(Например, продукты сгорания в двигательных внутреннего сгорания и газовых турбинах являются смесью N₂,CO₂, CO,O₂и др.)

Поэтому очень важно установить методы исследования газовых смесей и, в частности, необходимо знать уравнение состояния смеси. Для исследования свойств смеси газов большое значение имеет закон Дальтона, Авогадро.

Состав смеси газов может быть задан: массовыми, объемными и мольными долями.

а) Массовая доля газа– это отношение массы-го газа, входящего в смесь, к массе т.е.

.

Например: для воздуха .

б) Объемной долей газаназывается отношение

(1),

где -приведенный парциальный объем -го газа, входящего в смесь;

-объем газовой смеси.

Под приведенным (парциальным) объемом понимают такой объем, который занял бы данный газ, входящий в смесь, если бы его взять под давлением, равным давлению смеси.

Парциальный объем данного газа можно получить, если собрать в одном месте все его молекулы под давлением, равным давлению смеси.

Например: для воздуха .

Между массовыми и объёмными долями имеется зависимость, которую можно получить, исходя из следующих соображений.