Основные формулы термодинамики и молекулярной физики, которые вам пригодятся

Изопроцессы в газах

Определение 2

Чаще всего рассматриваются два значения теплоемкости газов: 

  • CV являющаяся молярной теплоемкостью в изохорном процессе (V=const);
  • Cp представляющая собой молярную теплоемкость в изобарном процессе (p=const).

При условии постоянного объема газ не совершает работы: A=. Исходя из первого закона термодинамики для 1 моля газа, можно сказать, что справедливым является следующее выражение: 

QV=CV∆T=∆U.

Изменение величины ΔU внутренней энергии газа прямо пропорционально изменению значения ΔT его температуры.

В условиях процесса при постоянном давлении первый закон термодинамики дает такую формулу: 

Qp=∆U+p(V2-V1)=CV∆T+pV.

В котором ΔV является изменением объема 1 моля идеального газа при изменении его температуры на ΔT. Таким образом, можно заявить, что: 

Cp=Qp∆T=CV+p∆V∆T.

Из уравнения состояния идеального газа, записанного для 1 моля, может выражаться отношение ΔVΔT: 

pV=R.

В котором R представляет собой универсальную газовую постоянную. При условии постоянства давления p=const, можно записать следующее:p∆V=R∆T или ∆V∆T=Rp.

Определение 3

Из этого следует, что выражающее связь между молярными теплоемкостями Cp и CVсоотношение имеет вид (формула Майера): 

Cp=CV+R.

В процессе с неизменным давлением молярная теплоемкость Cp газа всегда превышает молярную теплоемкость CV в процессе с не подверженным изменениям объемом, что демонстрируется на рисунке 3.10.1.

Рисунок 3.10.1. Два возможных процесса нагревания газа на ΔT=T2 –T1. При p=const газ совершает работу A=p1(V2 – V1). Поэтому Cp>CV.

Определение 4

Отношение теплоемкостей в процессах с постоянным давлением и постоянным объемом занимает важное место в термодинамике и обозначается в виде греческой буквы γ. 

γ=CpCV.

Данное отношение включено в формулу для адиабатического процесса.

Между двумя изотермами, обладающими температурами T1 и T2 на диаграмме (p, V) реальны различные варианты перехода. Так как для всех подобных переходов изменение величины температуры ΔT=T2 –T1 является одним и тем же, выходит, что изменение значенияΔU внутренней энергии тоже одинаково. С другой стороны, совершенные при этом работы A и количества теплоты Q, полученные в результате теплообмена, выйдут разными для различных путей перехода. Из этого следует, что газа имеет относительно приближенное к бесконечности число теплоемкостей. Cp и CV представляют собой частные, однако, очень важные для теории газов, значения теплоемкостей.

Рисунок 3.10.2. Модель теплоемкости идеального газа.

Определение 5

Термодинамические процессы, в которых теплоемкость газа не подвергается изменениям, носят название политропических.

Нужна помощь преподавателя?
Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Каждый изопроцесс являются политропическим. В изотермическом процессе ΔT=, из-за чего CT=∞. В адиабатическом процессе ΔQ=, выходит, что Cад=.

Замечание 1

Стоит обратить внимание на то, что «теплоемкость» и «количество теплоты» являются крайне неудачными терминами, доставшимися современной науке в качестве наследства теории теплорода, которая господствовала в XVIII веке. Данная теория представляла теплоту в виде содержащегося в телах особого невесомого вещества

Считалось, что оно не подвержено уничтожению и не может быть созданным. Явление нагрева объясняли повышением, а охлаждение – понижением содержания в телах теплорода. Однако теория теплорода оказалась несостоятельной, так как не смогла дать ответа на вопрос, почему одинаковое изменение внутренней энергии тела возможно получить, приводя ему разное количество теплоты в зависимости от совершаемой им работы. По этой причине утверждение, что в данном теле содержится некоторый запас теплорода лишено смысла

Данная теория представляла теплоту в виде содержащегося в телах особого невесомого вещества. Считалось, что оно не подвержено уничтожению и не может быть созданным. Явление нагрева объясняли повышением, а охлаждение – понижением содержания в телах теплорода. Однако теория теплорода оказалась несостоятельной, так как не смогла дать ответа на вопрос, почему одинаковое изменение внутренней энергии тела возможно получить, приводя ему разное количество теплоты в зависимости от совершаемой им работы. По этой причине утверждение, что в данном теле содержится некоторый запас теплорода лишено смысла.

Таблица удельной теплоемкости пищевых продуктов

В таблице приведены значения средней удельной теплоемкости пищевых продуктов (овощей, фруктов, мяса, рыбы, хлеба, вина и т. д.) в диапазоне температуры 5…20°С и нормальном атмосферном давлении.

Таблица удельной теплоемкости продуктов питания
Продукты C, Дж/(кг·К)
Абрикосы
Ананасы
Апельсины
Арбуз
Баклажаны
Брюква
Ветчина
Вино крепленое
Вино сухое
Виноград
Вишня
Говядина и баранина жирная
Говядина и баранина маложирная
Горох
Грибы свежие
Груши
Дрожжи прессованные
Дыни
Ежевика
Земляника
Зерно пшеничное
Кабачки
Капуста
Картофель
Клубника
Колбасы
Крыжовник
Лимоны
Лук
Макароны не приготовленные
Малина
Мандарины
Маргарин сливочный
Масло анисовое
Масло мятное
Масло сливочное
Масло сливочное топленое
Мед
Молоко сухое
Морковь
Мороженое (при -10С)
Мука
Огурцы
Пастила
Патока
Перец сладкий
Печенье
Помидоры
Пряники
Редис
Рыба жирная
Рыба нежирная
Салат зеленый
Сало топленое
Сахар кусковой
Сахарный песок
Свекла
Свинина жирная
Свинина нежирная
Слива
Сметана
Смородина черная
Сода
Соль поваренная (2% влажности)
Спаржа
Сыр жирный
Творог
Телятина жирная
Телятина нежирная
Тесто заварное
Тыква
Хлеб (корка)
Хлеб (мякиш)
Черешня
Чернослив
Чеснок
Шоколад
Шпинат
Яблоки
Яйцо куриное
  1. Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. Учебник для вузов, изд. 3-е, перераб. и доп. — М.: «Энергия», 1975.
  2. Тепловые свойства металлов и сплавов. Справочник. Лариков Л. Н., Юрченко Ю. Ф. — Киев: Наукова думка, 1985. — 439 с.
  3. Физические величины. Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др. Под ред. И. С. Григорьева — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
  4. Еремкин А. И., Королева Т. И. Тепловой режим зданий: Учебное пособие. — М.: Издательство ACB, 2000 — 368 с.
  5. Кириллов П. Л., Богословская Г. П. Тепломассобмен в ядерных энергетических установках: Учебник для вузов.
  6. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. Изд. 2-е, стереотип. М.: «Энергия», 1977. — 344 с. с ил.
  7. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.
  8. Франчук А. У. Таблицы теплотехнических показателей строительных материалов, М.: НИИ строительной физики, 1969 — 142 с.
  9. Добрынин В. М., Вендельштейн Б. Ю., Кожевников Д. А. Петрофизика: Учеб. для вузов. 2-ое изд. перераб. и доп. под редакцией доктора физико-математических наук Д. А. Кожевникова — М.: ФГУП Издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2004. — 368 с., ил.
  10. В. Блази. Справочник проектировщика. Строительная физика. М.: Техносфера, 2005. — 536 с.
  11. Енохович А. С. Справочник по физике. М.: «Просвещение», 1978. — 415 с. с ил.
  12. Строительная теплотехника СНиП II-3-79. Минстрой России — Москва 1995.
  13. Мустафаев Р. А. Теплофизические свойства углеводородов при высоких параметрах состояния. М.: Энергоатомиздат, 1991. — 312 с.
  14. Новиченок Н. Л., Шульман З. П. Теплофизические свойства полимеров. Минск, «Наука и техника» 1971. — 120 с.
  15. Шелудяк Ю. Е., Кашпоров Л. Я. и др. Теплофизические свойства компонентов горючих систем. М., 1992. — 184 с.

Уде́льная теплоёмкость – физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать телу массой 1 кг для того, чтобы его температура изменилась на 1 Кельвин. Удельная теплоемкость обозначается буквой c и измеряется в Дж/кг*Кельвин.

Единицей СИ для удельной теплоёмкости является джоуль на килограмм-кельвин. Следовательно, удельную теплоёмкость можно рассматривать как теплоёмкость единицы массы вещества. На значение удельной теплоёмкости влияет температура вещества. К примеру, измерение удельной теплоёмкости воды даст разные результаты при 20 °C и 60 °C.

Формула расчёта удельной теплоёмкости: , где  — удельная теплоёмкость,  — количество теплоты, полученное веществом при нагреве (или выделившееся при охлаждении),  — масса нагреваемого (охлаждающегося) вещества,  — разность конечной и начальной температур вещества.

AISI 304

Обозначение по международным стандартам

Температура, ºC Сталь 20 Сталь 40 Температура, ºC Сталь 20 Сталь 40
50 – 100 486 486 700 – 750 1433 1584
100 – 150 507 503 750 – 800 951 624
150 – 200 520 515 800 – 850 737 503
200 – 250 532 528 850 – 900 649 549
250 – 300 557 549 900 – 950 649 624
300 – 350 574 570 950 – 1000 649 624
350 – 400 599 587 1000 – 1050 649 633
400 – 450 624 612 1050 – 1100 649 633
450 – 500 662 649 1100 – 1150 658 641
500 – 550 704 691 1150 – 1200 666 654
550 – 600 750 708 1200 – 1250 679 670
600 – 650 788 733 1250 – 1300 687 687
650 – 700 846 771
Температура, ºC Сталь 20 Сталь 40 Температура, ºC Сталь 20 Сталь 40
100 486 486 750 679 670
150 494 494 800 675 704
200 499 503 850 662 704
250 507 511 900 658 704
300 515 520 950 654 700
350 524 528 1000 654 696
400 532 541 1050 654 691
450 545 549 1100 649 691
500 557 561 1150 649 691
550 570 574 1200 649 687
600 582 591 1250 654 687
650 595 608 1300 654 687
700 608 629
Международный стандарт Американский ASTM A240 Европейский ЕN 10088-2 Российский ГОСТ 5632-72
Обозначение марки AISI 304 1.4301 08Х18Н10
12Х18Н9

Применяемые стандарты и одобрения

AMS 5513 ASTM A 240 ASTM A 666

Применение

  • Предметы домашнего обихода
  • Раковины
  • Каркасы для металлоконструкций в строительной промышленности
  • Кухонная утварь и оборудование для общепита
  • Молочное оборудование, пивоварение
  • Сварные конструкции
  • Резервуары судовые и наземные танкеры для продовольствия, напитков и некоторых химических веществ

Обычно производители стали разделяют марку на три основных класса (сорта) по способности к волочению:

  • AISI 304 – Основной сорт
  • AISI 304 DDQ (Normal and deep drawing) – Сорт глубокой вытяжки
  • AISI 304 DDS (Extra deep drawing) – Сорт особо глубокой вытяжки

Механические свойства

AISI 304 Сопротивление на разрыв (σв), Н/мм² Предел текучести(σ0,2), Н/мм² Предел текучести(σ1,0), Н/мм² Относительное удлинение (σ), % Твердость по Бринеллю (HB) Твердость по Роквеллу (HRB)
В соответствии с EN 10088-2 ≥520 ≥210 ≥250 ≥45
В соответствии с ASTM A 240 ≥515 ≥205 ≥40 202 85

Механические свойства при высоких температурах

Все эти значения относятся к только AISI 304

Физические свойства

Физические свойства Условные обозначения Единица измерения Температура Значение
Плотность d 4°C 7.93
Температура плавления °C 1450
Удельная теплоемкость c J/kg.K 20°C 500
Тепловое расширение k W/m.K 20°C 15
Средний коэффициент теплового расширения α 10 -6 .K -1 0-100°C 0-200°C 17.5 18
Электрическое удельное сопротивление ρ Ωmm 2 /m 20°C 0.80
Магнитная проницаемость μ в 0.80 kA/m DC или в/ч AC 20°C μ μ разряж.возд. 1.02
Модуль упругости E MPa x 10 3 20°C 200

Сопротивление коррозии

304-е стали имеют хорошее сопротивление к общим коррозийным средам, но не рекомендованы там, где есть риск межкристаллитной коррозии. Они хорошо приспособлены для эксплуатации в пресной воде и городской и сельской среде. Во всех случаях необходима регулярная очистка внешних поверхностей для сохранения их первоначального состояния.

304-е стали имеют хорошее сопротивление различным кислотам:

  • фосфорной кислоте во всех концентрациях при температуре окружающей среды,
  • азотной кислоте до 65 % при температуре 20°C – 50°C,
  • муравьиной и молочной кислоте при комнатной температуре,
  • уксусной кислоте при температуре 20°C – 50°C.

Их рекомендуют для производства оборудования, контактирующего с холодными или горячими пищевыми продуктами: вино, пиво, молоко (кисломолочные продукты), спирт, натуральные плодовые соки, сиропы, патока, и т.д.

Кислотные среды

Температура, °C 20 80
Концентрация, % к массе 10 20 40 60 80 100 10 20 40 60 80 100
Серная кислота 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2
Азотная кислота 2 1 2
Фосфорная кислота 2 1 2
Муравьиная кислота 1 2 2 1

Код: 0 = высокая степень защиты – Скорость коррозии менее чем 100мкм/год 1 = частичная защита – Скорость коррозии от 100 до 1000мкм/год 2 = нет защиты – Скорость коррозии более чем 1000мкм/год

Атмосферные воздействия

Сравнение 304-й

марки с другими металлами в различных окружающих средах (Скорость коррозии расчитана при 10-летнем воздействии).

Окружающая среда Скорость коррозии (мкм/год)
AISI 304 Алюминий-3S Углеродистая сталь
Сельская 0.0025 0.025 5.8
Морская 0.0076 0.432 34.0
Индустриальная Морская 0.0076 0.686 46.2

Устойчивость к коррозии в кипящих химикалиях

Кипящая среда Состояние металла Скорость коррозии (мм/год)
20%-ая уксусная кислота Обычный металл Сваренный * (При толщине образца 0.8 мм и диаметре пресса равном 20 мм)
AISI 430 2.05 мм
AISI 304 2.0 мм

*Limiting drawing ratio – предельный коэффициент вытяжки

Теплоемкости удельные твердых веществ, жидкостей и газов (газов — при постоянном давлении 1 бар абс) + справочные плотности.

Твердые вещества. Удельная теплоемкость при 20 °C (если не указано другое).

Теплоемкости удельные твердых веществ, жидкостей и газов (газов — при постоянном давлении 1 бар абс) + справочные плотности.
Вещество Плотность, 10 3 кг/м 3 Удельная теплоемкость,
кДж / (кг · К), при 20 oС
Асбест 2,4 0,8
Асбоцемент 1,8 0,96
Асфальт 1,4 0,92
Алюминий 2,7 0,92
Базальт 3,0 0,84
Бакелит 1,26-1,28 1,59
Бетон практическая 1,8-2,2 (до 2,7) 1,00
Бумага сухая 1,34
Вольфрам 19,3 0,15
Гипс 2,3 1,09
Глина 2,3-2,4 0,88
Гранит 2,7 0,75
Графит 2,3 0,84
Грунт песчаный 1,5-2,0 1,10-3,32
Дерево (дуб) 0,7 2,40
Дерево (пихта) 0,5 2,70

Дерево (сосна)

0 ,5 2,70
ДСП 0,7 2,30
Железо 7,8 0,46
Земля влажная 1,9-2,0 2,0
Земля сухая 1,4-1,6 0,84
Земля утрамбованная 1,6-2 1,0-3,0
Зола 0,75 0,80
Золото 19,3 0,13
Известь 0,4-0,7 0,84
Кальцит (известковый шпат) 2,75 0,80
Камень 1,8-3 0,84-1,26
Каолин (белая глина) 2,6 0,88
Картон сухой 1,34
Кварц 0,75
Кирпич 1,8 0,85
Кирпичная кладка 1,8-2,2 0,84-1,26
Кожа 2,65 1,51
Кокс (0-100°С) истинная 1,80-1,95 (кажущаяся 1,0) 0,84
Кокс (100-1000°С) = 1,13
Лед (0°С) 0,92 2,11
Лед (-10°С) = 2,22
Лед (-20°С) = 2,01
Лед (-60°С) = 1,64
Лед сухой (СО2 твердый) 1,97 1,38
Латунь 8,5 0,38
Медь 8,9 0,38
Мрамор 2,7 0,92
Никель 8,9 0,5
Олово 7,3 0,25
Парафин 0,9 2,89
Песчаник глиноизвестняковый 2,2-2,7 0,96
Песчаник керамический = 0,75-0,84
Песчаник красный = 0,71
Полиэтилен 0,90-0,97 2,0-2,3
Полистирол 1,05 1,38
Полиуретан 1,1-1,2 1,38
Полихлорвинил/Поливинилхлорид 0,7-0,8 1,00
Пробка крошка <0,2 1,38
Пробка куском 0,24 2,05
Резина твердая 0,9-1,3 1,42
Свинец 1,4 0,13
Сера ромбическая 2,07 0,71
Серебро 10,5 0,25
Соль каменная 2,3 0,92
Соль поваренная 2,2 0,88
Сталь 7,8 0,46
Стекло оконное 2,5 0,67
Стекловолокно 0,81
Тело человека 1,05 3,47
Уголь бурый (0-100 °С) 1-1,8

20% воды 2,09

60% воды 3,14

в брикетах 1,51

Уголь каменный (0-100 °С) 1,3-1,6 1,17-1,26
Фарфор 2,3 0,8
Хлопок 1,3
Целлюлоза 1,55
Цемент 3,1 (Насыпная =1,2) 0,8
Цинк 7,1 0,4
Чугун 7,4 0,54
Шерсть 1,8
Шифер 1,6-1,8 0,75
Щебень Насыпная 1,2-1,8 0,75-1,00

Жидкости. Удельная теплоемкость при 20 °C (если не указано другое).

Вещество Плотность, 10 3 кг / м 3 Удельная теплоемкость
при 20 oС, кДж / (кг · К)
Ацетон 0,79 2,160
Бензин 0,70 2,05
Бензол (10 °C) 0,90 1,42
Бензол (40 °C) 0,88 1,77
Вода 1 ,00 4,18-4,22
Вино 0,97 3,89
Глицерин 1,26 2,66
Гудрон 0,99 2,09
Деготь каменноугольный 0,92-0,96 2,09
Керосин 0,8-0,9 1,88-2,14

Кислота азотная концентрированая

1,52 3,10
Кислота серная концентрированая 1,83 1,34
Кислота соляная 17% 1,07 1,93
Клей столярный 1-1,5 4,19
Масло моторное 0,90 1,67-2,01
Масло оливкковое 0,89 1,84
Масло подсолнечное 0,89 1,84

Морская вода 18°С , 0,5% раствор соли

1,01 4,10
Морская вода 18°С , 3% раствор соли 1,03 3,93
Морская вода 18°С , 6% раствор соли 1,05 3,78
Молоко 1,02 3,93
Нефть 0,80 1,67-2,09
Пиво 1,01 3,85
Ртуть 13,60 0,13
Скипидар 0,86 1,80
Спирт метиловый (метанол) 0,79 2,47
Сприрт нашатырный <1 4,73
Спирт этиловый (этанол) 0,79 2,39
Толуол 1,72
Хлороформ 1,00
Этиленгликоль 2,30

Газы. Удельная теплоемкость при постоянном давлении 1 бар абс,
при 20 °C (если не указано другое).

Вещество Химическая формула Плотность при нормальных условиях кг/м 3
= масса 1л в граммах
Удельная теплоемкость
при постоянном давлении, КДж/(кг*K)
Азот N2 1,25 1,05
Аммиак NH3 1,25 2,24
Аргон Ar 1,78 0,52
Ацетилен C2H2 1,17 1,68
Ацетон C3H6O 2,58
Водород H2 0,09 14,26
Водяной пар H2O 0,59 (при 100 °С) 2,14 (при 100 °С)
Воздух 1,29 1
Гелий He 0,18 5,29
Кислород O2 1,43 0,91
Неон Ne 0,90 1,03
Озон O3 2,14
Пропан C3H8 1,98 1,86
Сероводород H2S 1,54 1,02
Спирт этиловый C2H6O 2,05
Углекислый газ CO2 1,98 ≈1
Хлор Cl2 3,16 0,52

Краткая теория и методика выполнения работы

Удельной
теплоемкостью

вещества называется величина, равная
количеству теплоты, которую необходимо
сообщить единице массы вещества для
увеличения ее температуры на один градус
Кельвина:

. (4.1)

Теплоемкость
одного моля вещества называется молярной
теплоемкостью
:

, (4.2)

где
m – масса, µ – молярная масса вещества,– число молей газа.

Значение
теплоемкости газов зависит от условий
их нагревания. В соответствии с первым
законом термодинамики количество
теплоты,
сообщенное системе, расходуется на
увеличение ее внутренней энергиии на совершение системой работыпротив внешних сил:

. (4.3)

Изменение
внутренней энергии идеального газа в
случае изменения его температурыравно:

, (4.4)

здесь
– число степеней свободы молекулы газа,
под которым подразумевается число
независимых координат, полностью
определяющих положение молекулы в
пространстве;– универсальная газовая постоянная.

При
расширении газа система совершает
работу:

. (4.5)

Если
газ нагревать при постоянном объеме
(),
тои, согласно (4.3), все полученное газом
количество теплоты расходуется только
на увеличение его внутренней энергии.
Следовательно, учитывая (4.4), молярная
теплоемкость идеального газа при
постоянном объеме будет равна:

. (4.6)

Если
газ нагревать при постоянном давление
(),
то полученное газом количество теплоты
расходуется на увеличение его внутренней
энергиии совершение газом работы:

.

Тогда
молярная теплоемкость идеального газа
при постоянном давлении определяется
следующим образом:

. (4.7)

Используя
уравнение состояния идеального газа
(уравнение Клапейрона–Менделеева),
можно показать, что для одного моля газа
справедливо соотношение:

,

поэтому:

.

Последнее выражение
называют уравнением Майера. Из него,
учитывая (4.6), получаем:

. (4.8)

Отношение
теплоемкостейобозначаюти называют показателем адиабаты или
коэффициентом Пуассона:

. (4.9)

Адиабатным
называется процесс, протекающий в
термоизолированной системе, т.е. без
теплообмена с окружающей средой,.

На
практике он может быть осуществлен в
системе, окруженной теплоизоляционной
оболочкой, но поскольку для теплообмена
необходимо некоторое время, то адиабатным
можно считать также процесс, который
протекает так быстро, что система не
успевает вступить в теплообмен с
окружающей средой.

Первый
закон термодинамики для адиабатного
процесса имеет вид.
Знак минус говорит о том, что при
адиабатном процессе система может
совершать работу только за счет внутренней
энергии. С учетом (4.4)–(4.6) имеем:

. (4.10)

Продифференцировав
уравнение Клапейрона–Менделеева,
получим:

.

Выразим
из негои подставим в формулу (4.10):

.

Выразивиз уравнения Майера и учитывая соотношение
(4.8), получим:

.

Интегрируя
данное дифференциальное уравнение при
условииполучим выражение:

.
(4.11)

Уравнение
(4.11) называется уравнением адиабаты или
уравнением Пуассона.

Метод
определения показателя адиабаты,
предложенный Клеманом и Дезормом (1819
г.), основывается на изучении параметров
некоторой массы газа, переходящей из
одного состояния в другое двумя
последовательными процессами –
адиабатным и изохорным. Эти процессы
на диаграмме(рис. 4.1) изображены кривыми соответственно
1–2 и 2–3.

Если
в сосуд, соединенный с дифференциальным
датчиком давления, накачать воздух и
подождать до установления теплового
равновесия с окружающей средой, то в
этом начальном состоянии 1 газ имеет
параметры,,,
причем температура газа в сосуде равна
температуре окружающей среды,
а давлениенемного больше атмосферного.

Если
теперь на короткое время соединить
сосуд с атмосферой, то произойдет
адиабатное расширение воздуха. При этом
воздух в сосуде перейдет в состояние
2, его давление понизится до атмосферного.
Масса воздуха, оставшегося в сосуде,
которая в состоянии 1 занимала часть
объема сосуда, расширяясь, займет весь
объем.
При этом температура воздуха, оставшегося
в сосуде, понизится до.
Поскольку процесс 1–2 – адиабатный, к
нему можно применить уравнение Пуассона
(4.11):

или.

Отсюда:

. (4.12)

После
кратковременного соединения сосуда с
атмосферой охлажденный из-за адиабатного
расширения воздух в сосуде будет
нагреваться (процесс 2–3) до температуры
окружающей средыпри постоянном объеме.
При этом давление в сосуде поднимется
до.

Поскольку
процесс 2–3 – изохорный, к нему можно
применить закон Шарля:

или

. (4.13)

Из уравнений (4.12)
и (4.13) получим:

.

Прологарифмируем
это выражение:

.

Поскольку
избыточные давленияиочень малы по сравнению с атмосферным
давлением,
а также учитывая, что при,
будем иметь:

.

Откуда:

. (4.14)

Избыточные
давленияиизмеряют с помощью дифференциального
датчика давления.

2.2.5 Опасные свойства природного газа

Токсичность

С увеличением молекулярной массы предельных углеводоро­дов
их токсические свойства возрастают. Санитарными нормами проектирования
промышленных предприятий предусмотрена в рабочей зоне производственных
помещений предельно допустимая концентрация углеводородов (паров бензина),
равная 0,3 мг/дм3. Из газовых компонентов природных и нефтяных газов осо­бенно
токсичен сероводород.
Сероводород
бесцветный газ.
Относительная плотность его по воздуху 1,19. Человек чувст­вует сероводород
(запах тухлых яиц) даже при содержании его в воздухе 0,0014—0,0023 мг/дм3.
Однако даже при непро­должительном пребывании человека в сероводородной среде
его обоняние притупляется. Сероводород является ядом, вызы­вающим паралич
органов дыхания и сердца. Предельно допустимая концентрация се­роводорода в
рабочей зоне производственных помещений —0,01 мг/дм3. Углекислый газ
бесцветный, практически без запаха. Об­щий характер действия на организм —
наркотический и раздра­жающий кожу и слизистые оболочки. В высоких концентраци­ях
вызывает быстрое удушье вследствие недостатка кислорода. При содержании 4—5%
углекислого газа в воздухе у чело­века раздражается слизистая оболочка
дыхательных путей и глаз, появляются кашель, головокружение, повышается кровя­ное
давление. При вдыхании весьма высоких концентраций уг­лекислого газа наступает
смерть от остановки дыхания (при 20% газа в воздухе смерть наступает через
несколько секунд).

Способность к об­разованию взрывоопасных смесей

Природные углеводородные газы образуют взры­воопасные
смеси с воздухом.Для
каждых данных условий существуют два предела взрываемости газовоздушных смесей:

1)нижний предел соответствует минимальной концентрации
горючего газа, при которой горение еще возможно;

2)верхний предел соответствует максиму­му этой
концентрации.

С повышением давления смеси значительно возрастают пре­делы
ее взрываемости. Горение и взрыв — однотипные химиче­ские процессы, но резко
отличающиеся по интенсивности проте­кающей реакции. При взрыве реакция
происходит очень быстро в замкнутом пространстве без доступа воздуха к очагу
вос­пламенения взрывоопасной газовоздушной смеси. Скорость распространения
детонационной волны горения при взрыве (900—3000 м/с) в несколько раз превышает
ско­рость звука в воздухе при комнатной температуре. Сила взры­ва максимальна,
когда содержание воздуха в смеси становится теоретически необходимым для
полного сгорания. При концентрации газа в воздухе в пределах воспламенения и
при наличии источника воспламенения произойдет взрыв; еслижесодержаниегазаввоздухеменьшенижнегоибольше верхнего пределоввоспламенения, то смесьне способнавзорваться.