Обобщение применения.

Сжижение газов имеет техническое и научное значение. Сжижение воздуха используется в технике для разделения воздуха на составные части. Метод основан на том, что раз­личные газы, из которых воздух состоит, кипят при различ­ных температурах. Наиболее низкие температуры кипения имеют гелий, неон, азот, аргон. У кислорода температура ки­пения несколько выше, чем у аргона. Поэтому сначала испа­ряется гелий, неон, азот, а затем аргон, кислород.

Сжиженные газы находят широкое применение в технике. Азот идет для получения аммиака и азотных солей, употреб­ляемых в сельском хозяйстве для удобрения почвы. Аргон, неон и другие инертные газы используются для наполнения электрических ламп накаливания, а также газосветных ламп. Наибольшее применение имеет кислород. В смеси с ацетиле­ном или водородом он дает пламя очень высокой температуры, применяемое для резки и сварки металлов. Вдувание кисло­рода (кислородное дутье) ускоряет металлургические процес­сы. Доставляемый из аптек в подушках кислород облегчает страдания больных. Особенно важным является применение жидкого кислорода в качестве окислителя для двигателей космических ракет. Двигатели ракеты-носителя, поднявшей в космос первого космонавта Ю. А. Гагарина, работали на жид­ком кислороде.

Жидкий водород используется как топливо в космических ракетах. Например, для заправки американской ракеты «Са­турн-5» требуется 90 т жидкого водорода. Газы, применяемые в промышленности, медицине и т. п., легче перевозить, когда они находятся в сжиженном состоя­нии, так как при этом в том же объеме заключается большее количество вещества. Так доставляют в стальных баллонах жидкую углекислоту на заводы газированных вод.

Жидкий аммиак нашел широкое применение в холодиль­никах — огромных складах, где хранятся скоропортящиеся продукты. Охлаждение, возникающее при испарении сжи­женных газов, используют в рефрижераторах при перевозке скоропортящихся продуктов.

Значение сжижения газов для научных исследований

Превращение всех газов в жидкое состояние лишний раз подтвердило единство в строении веществ. Оно показало, что состояние вещества зависит от его температуры и давления, а не определено раз и навсегда для данного тела.

С другой стороны, достигнутые при сжижении газов низкие температуры широко раздвинули границы научных исследо­ваний и позволили обнаружить изменение многих свойств ве­ществ при сверхнизких температурах. Упругие тела, сделан­ные из каучука, становятся при этих температурах хрупкими, как стекло. Кусок резины после охлаждения в жидком возду­хе легко ломается, а резиновый мячик при ударе разбивается вдребезги. Ртуть и цинк при низких температурах делаются ковкими, а свинец — пластический металл — упругим, как сталь. Колокольчик, сделанный из свинца, звенит. Очень мно­гие вещества (спирт, яичная скорлупа и др.) после освещения их белым светом создают собственное излучение различного цвета (преимущественно зелено-желтого).

При низких температурах интенсивность теплового движе­ния резко уменьшается, поэтому оказывается возможным на­блюдение целого ряда явлений, скрытых при более высоких температурах тепловым движением молекул.

При температурах, близких к абсолютному нулю, сильно изменяются электрические свойства некоторых металлов и сплавов: их сопротивление электрическому току становит­ся равным нулю. Это явление, называемое сверхпроводи­мостью, открыто Г. Камерлинг-Оннесом в 1911 г. При тем­пературе 2,2 К в жидком гелии исчезает вязкость, т. е. он приобретает свойство сверхтекучести. Сверхтекучесть открыл П. Л. Капица в 1938 г.

Вклад учёных в изучение газов очень велик и мал с предстоящими открытиями.

Лицей №1

Творческая работа

по физике

на тему:

«Сжижение газов»

Выполнил

Ученик 10 класса А

Зорин Юрий

Руководитель

Кожакина Г. М.

г. Тула, 2007

Задачи.

Два одинаковых баллона, содержащие газ при температуре T=0^оС, соединены узкой горизонтальной трубкой диаметром d=5 мм, посередине которой находиться капелька ртути. Она делит весь сосуд на две части объёмом по V=200 см³ . На какое расстояние x переместиться капелька, если один баллон нагреть на t=2^o C, а другой на столько же охладить? Изменением объёмов сосудов пренебречь.

Решение:

Обозначим через V_, р и Т начальные: объем, дав­ление и температуру воздуха в каждой из половин сосуда и соответственно через V₁ р₁ Т₁ и V₂, р₂, Т₂ — состояния воздуха в них после нагревания первого баллона на дельта Т и такого же ох­лаждения второго баллона. Уравнения состояния для газов в обоих баллонах:

Получаем, что

Но капелька ртути будет перемещаться до тех пор, пока р₁ не станет равным р₂, тогда из равенства следует, что

Обозначив через х — смещение капельки ртути, че­рез S — площадь сечения трубки, можно записать:

V₁=V +Sx

V₂ =V-Sx

Тогда

(V +Sх)/(V - Sх) = (Т + t)/(T - t),

откуда найдем

x=Vt/ST

S=пd²/4

х = 4Vt/(пd²T).

x=7.45

Ответ: х=7,45

Баллон для газовой плиты объёмом V=5 л содержит м=500 г пропана (С3Н8) под давлением р=2 Мпа. Температура t= 20 град С. Что можно сказать об агрегатном состоянии пропана в баллоне?

=m/V=100кг/м³

PV=mRT/M ;

M=mRT/PV=0.121кг/моль

M(C3H8)=44*0.01кг/моль

Сравнив с агрегатным состоянием придём к выводу, что там жидкость.