Практикум із розв’язування задач № 7 (§ 22-26). Молекулярна фізика та термодинаміка

Записавши основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу та Менделєєва — Клапейрона, що характеризує різні його стани, можна розв’язати майже будь-яку задачу з молекулярної фізики.

Якщо за умовою задачі досліджуються два стани ідеального газу незмінної маси, то для її розв’язування застосовують такий алгоритм:

— прочитавши умову, потрібно усвідомити, який газ бере участь у тому чи іншому процесі, і переконатися, що під час зміни параметрів стану його маса постійна;

— на схемі, якщо це можливо, позначити різні стани ідеального газу, вказавши параметри р, V, Т, що їх характеризують. Визначити з умови задачі, який із трьох параметрів є постійним і за яким газовим законом змінюються інші. Часто одночасно можуть змінюватися всі параметри — р, V і Т;

— записати рівняння об’єднаного газового закону для двох станів. Якщо який-небудь параметр залишається незмінним, воно автоматично трансформується в один із трьох законів: Бойля — Маріотта, Гей-Люссака або Шарля. Якщо ж газ поміщено в циліндричну посудину і його об’єм змінюється лише внаслідок збільшення чи зменшення висоти циліндра, рівняння Клапейрона потрібно записувати у вигляді:

— виразити параметри p₁, V₁, р₂, V₂ через задані величини. Щоб обчислити тиск, який газ чинить на поверхню рідини, часто доводиться записувати рівняння рівноваги, вибравши за початковий рівень відліку границю, яка відокремлює його від цієї рідини;

— записати допоміжні умови й розв’язати одержану систему рівнянь відносно невідомої величини.

Якщо в задачі розглядаються процеси, пов’язані зі зміною стану двох або трьох газів, відокремлених один від одного рухомими перетинками або які утворюють певну суміш, то зазначені вище дії потрібно виконати для кожного газу окремо. Розв’язуючи задачі з використанням газових законів, рекомендується оперувати лише значенням абсолютної температури, вираженим за шкалою Кельвіна.

Якщо в умові задачі розглядається лише один стан газу і потрібно визначити невідомий параметр або ж надано два його стани, то потрібно встановити, які гази беруть участь у досліджуваних процесах, для кожного з станів скласти рівняння Менделєєва — Клапейрона, визначити додаткові умови та розв’язати одержану систему рівнянь відносно шуканої величини.

У комбінованих задачах, де розглядається механічний рух посудини з газом, рівняння газового стану додають до відомих рівнянь кінематики.

Приклади розв’язування задач

Задача 2. Скільки молекул повітря міститься у кімнаті об’ємом 240 м 3 за температури 15 °С і тиску 10 5 Па?

Задача 3. Посередині відкачаного і запаяного з обох кінців капіляра, розташованого горизонтально, знаходиться стовпчик ртуті довжиною 20 см. Якщо капіляр поставити вертикально, то стовпчик переміститься на 10 см. До якого тиску було відкачано капіляр? Його довжина — 1 м.

Мал. 1. До задачі 3

Задача 4. З метою занурення і спливання підводного човна використовуються два сполучених між собою резервуара. У зануреному стані один із них ємкістю V заповнений водою, а інший ємкістю V₁ — стисненим повітрям. Яким має бути мінімальний тиск повітря, щоб під час підйому човна з глибини Н воно повністю витіснило б воду з баластної камери? Атмосферний тиск — нормальний, зміною температури повітря під час розширення знехтувати.

Задача 5. Накреслити ізотерми 0,5 г водню для температур: а) 0 °С; б) 100 °С.

Мал. 2. Ізотерми 0,5 г водню

Задача 6. На малюнку в координатах pV зображено замкнутий газовий процес (цикл) (мал. 3). Побудувати цей цикл у координатах VT і рТ.

Проаналізуємо процеси, які відбуваються з газом.

Перехід зі стану 1 в стан 2 відповідає ізохорному процесу, тиск збільшується від p₁ до р₂ зрозуміло, що температура також збільшується.

Перехід зі стану 2 у стан 3 — ізотермічне розширення газу від V₂ до V₃, тиск при цьому зменшується від р₂ до p₁. Перехід зі стану 3 в стан 1 відповідає ізобарному стисканню від V₃ до V₂, причому T₁ < Т₃.

Побудуємо цей цикл у координатах VT (мал. 4).

Лінія 1-2 зображає ізохорний процес, причому температура зростає від T₁ до Т₂. Лінія 2-3 зображує ізотермічне розширення від V₂ до V₃. Лінія 3-1 — ізобарний процес. (Продовження цієї лінії повинне пройти через початок координат!)

На мал. 5 показано цей процес у координатах рТ.

Задачі для самостійного розв’язування

1(с). Знайдіть масу однієї молекули водню.

2(с). Скільки молекул води міститься в краплі масою 0,02 г?

3(с). Визначте середню квадратичну швидкість молекул кисню за температури 20 °С. За якої температури вона дорівнюватиме 500 м/с?

4(с). Визначте середню кінетичну енергію цього газу за температур -273 °С і 1000 °С.

5(с). Азот масою 2 г під тиском 0,2 МПа займає об’єм 820 см 3 . Яка його температура?

6(с). Балон об’ємом 12 л заповнено азотом під тиском 8,1 МПа за температури 17 °С. Яка маса азоту міститься в балоні?

7(с). Накресліть графіки залежності тиску від об’єму для: а) ізотермічного; б) ізобарного та в) ізохорного процесів.

8(д). Об’єм кульки повітря під час спливання її із дна озера на поверхню збільшився в три рази. Яка глибина озера?

9(д). У закупореній посудині ємкістю 1 л міститься 12 кг кисню. Знайдіть його тиск за температури 15 °С.

10(д). Кисень масою 10 г міститься в балоні під тиском 0,303 МПа і за температури 10 °С. Після нагрівання за постійного тиску він зайняв об’єм 10 л. Знайдіть початковий об’єм і кінцеву температуру газу.

11(д). Із балона зі стисненим воднем ємкістю 10 л внаслідок поломки вентиля витікає газ. За температури 7 °С манометр фіксує тиск 5 МПа. Його показники залишаються незмінними і за температури 17 °С. Визначте масу газу, що витік з балона.

12(д). В озері на глибині 100 м за температури 8 °С плаває гумова тонкостінна повітряна куля масою 40 г. Визначте масу повітря в ній, якщо атмосферний тиск становить 99,7 кПа.

13(д). У балонах об’ємами 2 і 6 л міститься однорідний газ під тиском і відповідно. Який тиск встановиться в балонах після їх з’єднання за однакової температури.

14(д). Відкриту з обох кінців скляну трубку довжиною 1 м до половини занурюють у ртуть. Потім закривають верхній кінець трубки і виймають з ртуті. Обчисліть висоту ртутного стовпчика, який залишиться в ній. Атмосферний тиск становить 750 мм рт. ст.

15(д). Знайдіть густину водню за температури 10 °С і тиску 97,3 кПа.

16(д). Газ масою 12 г займає об’єм 4 л за температури 7 °С. Після ізобарного нагрівання його густина становить 0,6 кг/м 3 . До якої температури нагріто газ?

17(д). Ідеальний газ зазнає спочатку ізохорного охолодження, а потім ізотермічного стиснення. Зобразіть ці процеси в координатах рТ, VT, pV за умови, що p₁ = р₃.

18(д). При збільшенні тиску в 1,5 рази об’єм газу зменшився на 30 мл. Визначте його початковий об’єм.

19(д). У скільки разів зміниться тиск повітря в циліндрі (мал. 6), якщо поршень перемістити на l/3: а) ліворуч; б) праворуч?

20(д). Площа поршня (див. мал. 6) дорівнює 24 см 2 , об’єм повітря в циліндрі 240 см 3 , а тиск дорівнює атмосферному (100 кПа). Яку силу необхідно прикласти, щоб утримувати поршень після його переміщення на 2 см: а) ліворуч; б) праворуч?

21(д). Порівняйте параметри в точках А і В (мал. 7): а) тиск; б) об’єм; в) температуру.

22(д). У кімнаті об’ємом 60 м 3 випарували краплину парфумів масою 0,1 мг. Скільки молекул ароматичної речовини потрапляє в легені людини під час кожного подиху? Об’єм повітря, що вдихає людина під час одного подиху, 1 дм 3 . Молярна маса парфумів 1 кг/моль.

23(д). У балоні міститься газ при температурі 15 °С. У скільки разів зменшиться тиск газу, якщо 40 % його вийде з балона, а температура при цьому зменшиться на 8° С?

24(в). Кристали кухонної солі являють собою кубічну систему, в якій по черзі розміщені іони натрію та хлору. Густина солі становить 2200 кг/м 3 . Чому дорівнює відстань між центрами найближчих іонів?

25(в). Об’єм повітря в кімнаті становить 100 м 3 . Яка його маса вийшла з неї під час підвищення температури від 10 до 25 °С, якщо атмосферний тиск дорівнює 102 кПа.

26(в). Проаналізуйте зміну макроскопічних параметрів газу в кожному з ізопроцесів (мал. 8) та зобразіть цикли в р(Т) та V(Т) координатах.

27(в). Пляшку наповнили газом і щільно закрили корком, що має переріз 2,5 см 2 . До якої температури слід нагріти газ, щоб корок вилетів із пляшки, якщо сила тертя дорівнює 10 Н? Початковий тиск газу в пляшці дорівнює атмосферному 100 кПа, а температура -7 °С.

28(в). Тонку циліндричну склянку масою 50 г ставлять догори дном на поверхню води і вертикально занурюють у неї. Висота склянки — 10 см, а площа дна — 20 см 2 . На яку мінімальну глибину треба опустити склянку, щоб вона почала тонути? Атмосферний тиск становить 100 кПа, тиском парів води у склянці і товщиною її стінок — знехтувати.

29(в). Компресор забирає з повітря щосекунди 3 л повітря, що надходять до балона ємністю 45 л. Через скільки часу тиск в балоні буде перевищувати атмосферний у 9 разів? Початковий тиск у балоні дорівнює атмосферному.

30(в). Початковий тиск у посудині дорівнює 100 кПа. Яким стане тиск у цій посудині після 5 ходів поршнево відкачувального насоса? Об’єм робочої камери насоса в 10 разів менший за об’єм посудини.

ВИКОНУЄМО НАВЧАЛЬНИЙ ПРОЕКТ РАЗОМ

У молекулярній фізиці та термодинаміці є багато напрямів та нерозв’язаних проблем, до вирішення яких ви можете долучитися, виконуючи навчальні проекти. Пропонуємо вам тематику проектів, результати яких можуть стати основою для подальших досліджень, а можливо й практичних рішень.

Вітчизняні та зарубіжні фізики, які зробили вагомий внесок у розвиток учення про теплоту.

Сучасні знання про будову речовини у розвитку техніки та технологій.

Як виміряти температуру Сонця та зір.

Значення вологості повітря для життєдіяльності людини.

Капілярні явища в життєдіяльності біосфери.

Механічні напруги в живих організмах.

Рідкі кристали та їх використання.

Полімери та наноматеріали в сучасних технологіях.

Теплові насоси як перспективні теплові машини.

Вирішення екологічних проблем використання теплових машин.

Скільки кубів ацетилену в 10 літровому балоні?

Ласкаво просимо на сайт Дім Мрій Питання&Відповіді, де ви можете задавати питання та отримувати відповіді від інших членів спільноти.

Категорії

• Всі категорії
• Будівництво будинку (6.6k)
• Опалення (4.4k)
• Водопровід і каналізація (3.9k)
• Сантехніка та ванні кімнати (892)
• Вентиляція та кондиціонування (387)
• Тепло-, гидро-, звукоізоляція (859)
• Електрика (1.0k)
• Розумний будинок (154)
• Стіни (1.3k)
• Підлога (726)
• Стеля (346)
• Вікна (705)
• Двері (644)
• Інструмент та обладнання (1.0k)
  • Обладнання для роботи з бетоном (28)
  • Техніка для дорожніх і земляних робіт (16)
  • Вантажопідйомне обладнання (13)
  • Зварювальне обладнання (118)
  • Верстати (41)
  • Слюсарний інструмент (57)
  • Деревообробний інструмент (181)
  • Малярський інструмент (48)
  • Металорізальний інструмент (51)
  • Електроінструмент (305)
  • Термоинструмент (14)
  • Вимірювальний інструмент і прилади (83)
  • Абразивний, шліфувальний, алмазний інструмент (52)
  • Спецодяг (27)
  • Інше (1)

  Балони з пропаном на 5, 12, 27, 50 л – який тиск і обсяг пропану, а також скільки важить балон, його розмір і тип різьблення.

  Газ пропан застосовується для забезпечення роботи виручених кухонних плит, опалення житлових, виробничих і складських приміщень, заправки автомобілів, газового зварювання і різання металу. У нашій країні для побутового газопостачання найчастіше використовуються сталеві пропанові балони, місткістю 5, 12, 27 і 50 літрів. Такі ємності легко відрізнити від інших, – вони завжди фарбуються в червоний колір. Напис «ПРОПОНУЄ» повинна бути написана білими великими літерами висотою близько 6 см.

  Для того щоб замовити пропановий балон, вам потрібно лише зателефонувати нам або заповнити форму зворотного зв’язку на сайті. Наші консультанти з задоволенням нададуть вичерпну інформацію з будь-якого питання, пов’язаного з газобалонним обладнанням. Наші пропозиції прозорі і вигідні, як і сам газ пропан.

  Пристрій пропанових балонів

  Конструктивно вони являють собою ємності, виготовлені з вуглецевої сталі товщиною 3 мм. До одношовних зварного циліндра з одного боку приварюють штамповані дно з підставкою-черевиком, з іншого – напівсферичну горловину для установки вентиля. До останнього підключається різне заправний або раздаточное обладнання. Основна маса пристроїв-споживачів пропану (газові плити, титани, зварювальні пальники, опалювальні котли) вимагають зниженого тиску. Для цього на вентиль встановлюється редуктор (найпоширеніший – БПО-5-5).

  На верхній частині горловини розміщується паспорт, на якому вибиваються основні технічні параметри пристрою. До них відносяться: найменування заводу-виробника, клеймо ОТК, індивідуальний номер, місяць і рік виготовлення, дата перевірки (оновлювана кожні 5 років), обсяг, маса в порожньому і заправленому стані.

  Маса і розмір балонів різної ємності

  Скільки кг пропану в 1 балоні на 5, 12, 27, 50 літрів? Дізнатися це можна в сертифікаті якості виробу або в таблиці нижче. Тут же можна знайти, скільки важить балон з пропаном на 5, 12, 27, 50 літрів.

  Обсяг 5 літрів 12 літрів 27 літрів 50 літрів Маса порожнього балона, кг 4 5,5 14,5 22,0 Маса резервуара з пропаном, кг 6 11 25,9 43,2 Маса зберігається газу, кг 2 5,5 11,4 21,2 Висота балллона, мм 290 500 600 930 Діаметр циллиндра, мм 200 230 299 299

  Яка різьблення на пропановому балоні?

  На більшість побутових балонів для пропан-бутанової суміші встановлюються вентилі типу СБ-2. Ці запірні пристрої виробляються по ГОСТ21804-94 і розраховані на тиск до 1,6 MPa. Кран має ліву різьбу СП21,8-1 (6 витків), що дозволяє підключати будь-які редуктори з накидною гайкою і аналогічної різьбленням.

  Вентиль забезпечує міцне з’єднання з горловиною, повну герметичність, має чітке маркування та сучасний дизайн. Різьбові поверхні змащуються спеціальним мастилом, що зменшує тертя в процесі експлуатації. Резьбовая заглушка з гумовою прокладкою запобігає витоку газу під час транспортування або зберігання. У пристрої передбачений захист від некваліфікованого ремонту особами, які не пройшли відповідного навчання. Надійність запірного пристрою сприяє тривалій і безпечної експлуатації газобалонної конструкції.

  Скільки м3 пропану в 1 балоні на 5, 12, 27, 50 літрів?

  Ми зробили спеціальні розрахунки, умовно переводять пропан-бутан в газоподібний стан. При стандартних умовах (100 кПа, 288 К) з 1кг скрапленого газу утворюється 0,526 м³ пропану або 0,392 м³ бутану. З огляду на процентне співвідношення суміші (60% проп.), Обсяг пального газу розраховується за формулою М * (0,526 * 0,6 + 0,392 * 0,4). Скільки кубів в балоні пропану, можна подивитися в наведеній нижче таблиці. В останньому рядку – кількість літрів пропан-бутанової суміші (в рідкій фазі).

  Ємність балона (л) 5 12 27 50 Місткість (кубометрів пального газу) 0,95 2,59 5,38 10,01 Обсяг рідкого пропану (літрів) 4,3 10,2 22,9 42,5

  Слід мати на увазі, що теплотворна здатність пропан-бутанової суміші в три рази вище, ніж у природного газу (метану).

  Правила безпечної експлуатації пропанових балонів

  • При використанні та зберіганні не можна допускати перегріву балонів (наприклад, надовго залишати під прямими сонячними променями);
  • не рекомендується витравляти пропан-бутановую суміш до повного спустошення резервуара (при певних умовах він може всмоктати повітря, а це небезпечно);
  • при транспортуванні обов’язково використовувати заглушки і запобіжні ковпаки;
  • в разі виявлення вм’ятин або інших дефектів, виріб необхідно відправити на позапланову перевірку;
  • приватним особам дозволяється перевозити не більше п’яти балонів в одному транспортному засобі (при цьому вони повинні бути відокремлені прокладками один від одного).
  • необхідно постійно контролювати стан балонів, адже не дарма вони вважаються вогне- та вибухонебезпечними об’єктами.

  Який тиск газу в балоні з пропаном?

  Згідно ГОСТ15860-84 робочий тиск в резервуарі не повинно перевищувати 1,6 МПа. При цьому частка пропану в вуглеводневої суміші повинна бути не меншою, ніж 60%. Це дуже важливо для безпечної експлуатації газобалонних установок. Звичайно ж, розраховуються вироби на значно більший тиск – понад 5,0 МПа. Виробничі та періодичні випробування проводяться під тиском 3,0 МПа.

  норми заправки

  На станціях заправки газових балонів співробітники знайомі з нормативами. Так як занадто сильно заправлений балон можна вибухнути або у нього може відірвати клапан. Так, що якщо ви заправляєтеся у надійного постачальника вам нема про що хвилюватися.

  Тип балона (л) 5 12 27 50 Максимально дозволене у пропану, л 3,5 8,4 18,9 35

  Переваги пропанових балонів

  • Прекрасна альтернатива природному газу в тих місцях, де немає газопровідної мережі;
  • зручність транспортування і зберігання (відповідна форма);
  • висока якість, обов’язкове тестування кожного виробленого примірника;
  • варіативність обсягів (від 1 до 50 літрів);
  • повну відповідність державним стандартам;
  • абсолютна безпека за умови дотримання всіх правил експлуатації.

  Скільки коштує балон пропану на 5, 12, 27, 50 літрів?

  Ціна залежить від конкретної місцевості, в якій проживає замовник. Скільки коштує порожній балон пропану в нашому регіоні, а також вартість заправки приведена в таблиці нижче:

  Обсяг балона (літрів) 5 12 27 50 Орієнтовна вартість порожнього балона нового 1080 1380 1500 2250 Вартість заправленого пропану 1155 1560 1905 3000

  * ціни вказані орієнтовні в залежності від заводу виробника

  Ціна балона іноді в кілька разів перевищує вартість вмісту. Але зате багаторазова заправка дозволяє використовувати резервуари протягом багатьох років і навіть десятиліть.

  Де придбати пропановий балон

  Наша компанія надає вам можливість купити пропан за вигідною ціною.

  Наш регіон має широку мережу атестованих підприємств з продажу та заправці балонів. Найпоширенішими вважаються резервуари, місткістю 27 і 50 л., Але за попереднім замовленням Вам в найкоротші терміни поставлять вироби на 5 або 12 л.

  При заправці, звичайно, швидше поміняти свій балон на вже заправлений. Однак багато хто воліє трохи почекати, щоб отримати назад власний. Адже він точно не пропускає газ і вчасно пройшов необхідні випробування. Оператор сам стежить, щоб кількість рідкого пропану не перевищувало 85% геометричній ємності посудини. Це необхідно для того, щоб при нагріванні внутрішній тиск не перевищило допустимий поріг. Якщо на дні є залишки вмісту (т. Н. Конденсат), заправник зобов’язаний злити його в спеціальну ємність.

  Читайте також: Як перекачати пропан з балона в балон :: Відео

  Украина, 83048, г. Донецк пр.Освобождения Донбасса 8Б
  Тел/факс: (062) 311-81-18, (062) 345-93-42, 349-17-74, 349-17-75
  e-mail: [email protected] , e-mail: [email protected]