Как зависит давление от температуры: как давление газа зависит от его температуры?

Как зависит давление от температуры: как давление газа зависит от его температуры?

Содержание

как давление газа зависит от его температуры?

Задание 1 (15 баллов).
Автомобиль начал движение из состояния покоя и 15 с двигался с ускорением 2 м/с2, затем 5 с он двигался равномерно, а последние

35 м тормозил до полной остановки. Считая, что движение происходит вдоль оси ОХ в положительном направлении, постройте графики sx(t), vx(t) и ax(t). Найдите среднюю скорость движения.
Задание 2 (15 баллов).
Со станции вышел товарный поезд, идущий со скоростью 36 км/ч. Через 1,5 ч в том же направлении отправился скорый поезд, скорость которого 108 км/ч. Через какое время после выхода товарного поезда его догонит скорый поезд?
Задание 3 (15 баллов).
Зависимость от времени координаты точки, движущейся вдоль оси х, имеет вид: x = 9 + 3t + 3t2. Опишите характер движения. Каковы начальная скорость и ускорение? Запишите уравнение для проекции скорости.
Задание 4 (15 баллов).
Деревянный шарик, упавший в воду с высоты 5 м, погрузился на глубину 70 см. Найдите ускорение шарика в воде (считая его постоянным).
Задание 5 (15 баллов).
Поезд прошёл отрезок между двумя станциями за t = 6 мин со средней скоростью vср = 60 км/ч. При этом на равноускоренные разгон в начале движения и торможение перед остановкой ушло в общей сложности t1 = 1,5 мин, а остальное время поезд двигался с постоянной скоростью. Чему равна эта скорость?
Задание 6 (10 баллов).
С какой скоростью нужно подбросить вертикально вверх монету, чтобы она через 3 секунды упала на землю? Определите максимальную высоту подъёма монеты. Сопротивлением воздуха пренебречь.
Задание 7 (15 баллов).
Прочитайте выдержки из статьи (www.redbull.com/int-en/experience-red-bull-stratos-in-new-vr-exhibit) о прыжке человека из стратосферы и ответьте на вопрос.
«14 октября 2012 года австрийский парашютист Феликс Баумгартнер преодолел звуковой барьер и два других мировых рекорда во время прыжка с края космоса. И теперь вы можете испытать это на себе.
…Свободное падение Баумгартнера в герметичном костюме с высоты 39 км в стратосфере над Нью-Мексико, США, позволило ему достичь скорости 1357,64 км/ч, прежде чем он раскрыл свой парашют после 4 минут 19 секунд свободного падения.
…Австриец стал первым человеком, преодолевшим звуковой барьер без включения двигателя во время подвига, а также побил рекорды по максимальному полету на воздушном шаре и прыжкам на большую высоту».
Какую скорость развил бы Феликс Баумгартнер перед раскрытием парашюта, если пренебречь сопротивлением воздуха и зависимостью ускорения свободного падения от высоты? Ускорение свободного падения примите равным 9,8 м/с2. пожалуйста помогите умоляю

На скільки градусів охолоне 300 г льоду, якщо він при цьому віддає 5,2 кДж теплоти?

Помогите пожалуйста с двумя заданиями по физике

Даю 50 баллов!!!!!!!!!!!!!!!! ​

8. Определите предел измерений мензурки, цену деления и
объём жидкости, налитой в мензурку.
МЫ
МЛ
2
ВсеКонтрольные РФ

помогите пожалуйста, я не могу решить​

Самолёт летит со скоростью 864 км/ч. Какое расстояние пролетит самолёт за 12​

СРОЧНО ДАЮ 50 БАЛЛОВ
В алюминиевом сосуде массой 300 г миксером перемешивают воду объемом 3 дм3, взятую при температуре 2 °С. Мощность миксера равна

400 Вт. Считайте, что 35 % механической энергии переходит во внутреннюю. До какой температуры нагреется вода, если миксер работает на протяжении 15 минут?

ДОПОМОЖІТЬ БУДЬ ЛАСКА продумайте та запишіть план проведення експериментів із дослідження умов виникнення індукційного струму в замкненій котушці для

випадків , коли дві котушки надіти на спільне осердя ( див. рис. 5-7). у разі можливості проведіть експерименти. Сформулюйте висновки. Для зазначених випадків укажіть полюси кожної котушки та напрямки струму в них. ​

Определи начальную координату тела, если х=-5+ 3t. хо = 5 м хо = -2 м хо = 3 м хо = — 5м​

Как давление зависит от температуры воздуха?

Понятие «атмосферное давление»

   Все знают, что воздух — это то, что мы не можем увидит или потрогать. Но, несмотря на это у него есть своя масса и вес, которые оказывают своего рода влияние на поверхность Земли и все тела.

   Таким образом атмосферное давление — это сила воздуха, которая давит на земную поверхность и на все предметы на ней.

   Для того что бы измерять давление используют барометр. Есть два вида этих приборов: ртутный и металлический. Единица измерения — мм рт. ст. (это в России, паскали — это международная единица измерения). Нормой считается давление 750-760 мм рт. ст. Такой интервал обусловлен неровностями земной поверхности.

Как температура воздуха влияет на давление

   Давление в атмосфере и температура воздуха – очень тесно связаны. Если температура подымается, то воздух увеличивается в объеме. Воздух становится легким и давление уменьшается. Если же температура воздуха падает, то давление, соответственно, увеличиваться. Именно по этому зимой давление выше, чем в жаркие летние дни.

   В течении суток давление дважды подымается (утром и вечером) и дважды опускается (после полудня и после полуночи).

К стати, изменения давления влечет за собой изменения погоды. Например, если давление падает – ждите осадки, а если подымается — значит погода будет ясной и солнечной.

   Есть еще такие понятия, как циклон и антициклон – это движения воздуха в виде вихря. Циклон понижает давление, а антициклон наоборот – повышает.

   Давление на планете Земля распределено не равномерно. Ученые делят атмосферное давление на такие пояса:

  • первый пояс низкого давления. Он расположен над экватором. Так как там круглый год воздух прогреваться хорошо, он становиться очень легким и происходят его выходящее движения. Как последствие давление падает;
  • второй пояс низкого давление это умеренные широты;
  • первый пояс высокого давления – расположен над полюсами. В этом регионе температуры низкие в независимости от сезона. Воздух, в свою очередь холодный, более плотный и тяжелый. Он опускается. Происходит нисходящее движение воздуха, и давление в атмосфере увеличивается;
  • второй пояс высокого давление — тропики.

От чего зависит давление газа?

Причина давления газов связана с хаотичным быстрым движением молекул. Из-за этого молекулы газа сталкиваются с поверхностями. Так как молекул много, то их множественные удары создают давление.

Газы занимают весь предоставленный им объем, так как их молекулы не связаны между собой. Понятно, что чем объем больше, тем количество молекул в единице объема будет меньше. Следовательно, меньше молекул будет ударять по поверхности, и, значит, давление газа будет меньше.

Таким образом давление и объем газа находятся в обратнопропорциональной зависимости: чем больше объем, тем меньше давление, и чем меньше объем, тем больше давление. При этом надо иметь в виду, что масса газа и температура считаются неизменными.

В отличие от жидкостей и твердых тел, газы легко сжимаемы. Это связано с тем, что молекулы газа находятся далеко друг от друга и их легко можно «подвинуть» друг к другу. Это значит, что объем, а, следовательно, и давление газа легко менять.

Как известно, при более высокой температуре молекулы веществ начинают быстрее двигаться (в случае газов) или колебаться (в случае твердых веществ). Если в газе молекулы двигаются быстрее, то они чаще и сильнее ударяют по поверхностям. Это значит, что давление газа увеличивается.

Таким образом давление и температура газа находятся в прямопропорциональной зависимости: чем больше температура, тем больше давление, и чем меньше температура, тем меньше давление. Это правило всегда выполняется при условии, что объем и масса газа остаются неизменными.

Существует множество опытов, подтверждающих эти зависимости.

Если несильно надутый шарик положить в теплую воду, то он увеличится. Это связано с тем, что газ внутри шарика нагреется, и молекулы начнут сильнее бить по стенкам шарика, то есть оказывать на стенки большее давление. От этого шарик слегка раздувается.

Если опять-таки несильно надутый воздушный шарик положить в герметичную емкость, из которой потом откачать воздух, то шарик раздуется. Здесь эффект связан с тем, что когда воздух в емкости присутствует, то давление на стенки шарика извне и изнутри одинаковы. Когда же воздух откачан, то внешнее давление сильно уменьшается, а внутреннее остается прежним.

Если в трубке с одной стороны будет поршень, а с другой резиновая пленка, то при движении поршня вниз пленка будет растягиваться вниз, так как объем газа будет уменьшаться, и, следовательно давление увеличиваться. Это давление, которое больше внешнего давления воздуха, и будет растягивать пленку. Если же двигать поршень вверх, то пленка будет «засасываться» внутрь трубки. Это связано с тем, что объем газа увеличивается, следовательно, давление уменьшается. Внешнее давление воздуха давит на пленку сильнее внутреннего и «заталкивает» ее внутрь трубки.

Кроме того, у газа давление изменяется с высотой столба газа. Причина та же, что и у жидкости, — вес в следствие притяжения к Земле. Однако, в следствие разреженности молекул газа, его вес незначителен по сравнению с твердыми телами и жидкостями таких же объемов. Поэтому данным изменением давления часто пренебрегают.

Глава 13. Газовые законы

Задачи на газовые законы часто предлагаются школьникам на едином государственном экзамене. Для решения этих задач вполне достаточно знать уравнение состояния идеального газа (закон Клапейрона-Менделеева) и уметь использовать его алгебраически и геометрически (для построения графиков зависимости одних параметров газа от других) в простейших ситуациях. Кроме того, нужно понимать, как описываются смеси идеальных газов (закон Дальтона).

Уравнение, связывающее параметры газа друг с другом, называется уравнением состояния. Для идеального газа, взаимодействие молекул которого мало, уравнение состояния имеет вид


(13.1)

где — давление газа, — концентрация молекул газа (число молекул в единице объема), — постоянная Больцмана, — абсолютная (в шкале Кельвина) температура. Учитывая, что , где — число молекул газа, — объем сосуда, в котором находится газ (часто говорят объем газа), получим из (13.1)


(13.2)

Число молекул можно связать с количеством вещества газа : , где — число Авогадро. Поэтому формулу (13.2) можно переписать в виде


(13.2)

где произведение постоянных Авогадро и Больцмана обозначено как . Постоянная = 8,31 Дж/(К•моль) называется универсальной газовой постоянной. Количество вещества газа можно также выразить через его массу и молярную массу этого газа


(13.3)

С учетом (13.3) закон (13.2) можно переписать и в таком виде


(13.4)

Уравнение состояния идеального газа (13.1)-(13.4), которое также называется уравнением (или законом) Клапейрона-Менделеева, позволяет связывать параметры идеального газа и проследить за их изменением в тех или иных процессах.

В школьном курсе физики рассматриваются три изопроцесса, в которых один из трех параметров газа (давление, температура и объем) не изменяется. В изобарическом процессе не изменяется давление газа, в изотермическом — температура, в изохорическом — объем. Изопроцессам отвечают следующие графики зависимости давления от объема, давления от температуры, объема от температуры.

Для изобарического процесса


Первые два графика очевидны. Последний получается так. Из закона Клапейрона-Менделеева следует, что зависимость объема от температуры при постоянном давлении имеет вид


(13.5)

где — постоянная. Графиком функции (13.5) является прямая, продолжение которой проходит через начало координат.

Для изохорического процесса


Второй график следует из соотношения


(13.6)

где — постоянная при постоянном объеме.

Для изотермического процесса


Первый график следует из закона Клапейрона-Менделеева, который при постоянной температуре газа можно привести к виду


(13.7)

где — постоянная. Отсюда следует, что графиком зависимости от в изотермическом процессе является гипербола.

Важнейшее свойство уравнения состояния идеального газа (13.1)-(13.4) заключается в том, что «индивидуальность» газа никак не проявляется в этих законах — единственный параметр собственно газа, входящий в уравнение состояния, — это число молекул. Например, 1 моль гелия и 1 моль азота, находящиеся в одинаковых объемах и имеющие одинаковые температуры, оказывают одинаковое давление. Отсюда следует, что и давление смеси идеальных газов определяется суммарным числом молекул всех компонент смеси:


(13.8)

где — число молекул первой, второй, третьей и т.д. компонент смеси, — постоянная Больцмана, — абсолютная температура смеси, — объем сосуда. Величины , имеющие смысл давления каждой компоненты смеси при условии, что она имела бы такую же температуру и занимала бы весь объем, называются парциальными давлениями компонент. Закон (13.8) называется законом Дальтона. Рассмотрим теперь в рамках этих законов предложенные выше задачи.

В задаче 13.1.1 из уравнения состояния в форме (13.1), получаем для давления в конце процесса :


т.е. давление газа увеличилось в 6 раз (ответ 1).

Применяя закон Клапейрона-Менделеева (13.2) к первому и второму газам (задача 13.1.2), получаем


где — искомый объем. Сравнивая первую и вторую формулы, заключаем, что (ответ 1).

Закон Клапейрона-Менделеева для газа в начальном и конечном состояниях (задача 13.1.3) дает


где — неизвестная температура. Из сравнения этих формул получаем , т.е. температуру газа в сосуде нужно повысить вдвое (ответ 2).

Из закона Клапейрона-Менделеева для начального и конечного состояний газа в задаче 13.1.4 имеем


Отсюда , т.е. количество вещества газа в сосуде увеличилось в 1,25 раза (ответ 3).

Первым, кто понял, почему жидкость поднимается вместе с трубкой (задача 13.1.5), и почему «природа боится пустоты» (Аристотель), но только до определенного предела, был знаменитый итальянский физик, современник Г. Галилея Э. Торричелли. Давайте рассмотрим рассуждения Торричелли подробно. Основная идея Торричелли заключалась в том, что атмосферный воздух оказывает давление на все поверхности, с которыми он контактирует. В равновесии жидкость занимает такое положение, чтобы все воздействия на каждый ее элемент компенсировались. Если бы трубка была открыта (см. левый рисунок), то жидкость не поднялась бы в трубке. Действительно, в этом случае на бесконечно малый элемент жидкости в трубке около поверхности (выделен на рисунке) действовали бы сила со стороны атмосферного воздуха в трубке, направленная вниз. С другой стороны, атмосферный воздух действует и на остальную поверхность жидкости, и это воздействие благодаря закону Паскаля передается выделенному элементу жидкости в трубке снизу. Таким образом, воздействие воздуха на поверхность жидкости в трубке и на свободную поверхность жидкости компенсируют друг друга, если уровень жидкости в трубке совпадает с уровнем жидкости в остальном сосуде. Если же мы поднимаем трубку, выпустив из нее воздух, на рассматриваемый элемент жидкости воздух сверху не действует (его нет в трубке), поэтому воздействие воздуха на свободную поверхность жидкости приведет к тому, что жидкость войдет в трубку и заполнит ее. При вытаскивании трубки жидкость будет подниматься вслед за ней. Однако при дальнейшем поднятии трубки наступит такой момент, когда воздействие воздуха на свободную поверхность и столба жидкости в трубке сравняются (в этот момент атмосферное давление будет равно гидростатическому давлению жидкости в трубке на уровне свободной поверхности). Дальнейший подъем трубки уже не приведет к поднятию жидкости — атмосферное давление не сможет «держать» столб жидкости большей высоты. Для воды этот столб составляет около 10 м, для ртути, с которой и экспериментировал Э. Торричелли, — 76 сантиметров. Таким образом, жидкость в трубке поднимается благодаря давлению атмосферного воздуха на поверхность воды в сосуде и закону Паскаля (ответ 4).


Сравнивая графики процессов 1, 2, 3 и 4, данные в условии задачи 13.1.6, с графиками изопроцессов, приведенными во введении к настоящей главе, заключаем, что: процесс 1 — изотермический, 2 — изохорический, 3 — изобарический. В процесс 4 меняются и давление, и объем, и температура газа (ответ 4).


В изотермическом процессе давление зависит от объема как ; на диаграмме этот процесс изображается гиперболой. Поэтому изотермическими являются процессы 1 и 3 (задача 13.1.7), но в процессе 1 объем газа убывает. Следовательно, изотермическим расширением является процесс 3 (ответ 3).


Изохорическим охлаждением в задаче 13.1.8 является процесс 4 (см. рисунок)
В двух последних задачах этого варианта нужно с помощью закона Клапейрона-Менделеева вычислить один из параметров газа, если даны остальные параметры. В задаче 13.1.9 из закона Клапейрона-Менделеева


получим


(ответ 1).

В задаче 13.1.10 при вычислениях следует не забыть перевести температуру газа в Кельвины. Из закона Клапейрона-Менделеева находим


(ответ 1).

Из уравнения состояния в форме (13.2) следует, что при одинаковых объемах и температурах давление идеального газа определяется только полным числом молекул. Поэтому отношение давления водорода и гелия в задаче 13.2.1 равно 2 (ответ 2).

Поскольку перегородка в задаче 13.2.2 подвижная и находится в равновесии, давления газа в отсеках сосуда слева и справа от перегородки равны. Применяя к ним при этом условии закон Клапейрона-Менделеева, получим


для гелия

для азота

где температуры и массы газов по условию одинаковы. Деля эти уравнения друг на друга, находим отношение объемов частей сосуда


(ответ 4).

Если бы точки, отвечающие состояниям 1 и 2 в задаче 13.2.3, лежали на одной прямой, продолжение которой проходит через начало координат, то эти состояния принадлежали бы одной и той же изохоре, и, следовательно, объем газа в этих состояниях был одинаковым (см. формулу (13.6)). Поэтому для сравнения объемов этих состояний построим изохоры, проходящие через точки 1 и 2, и сравним отвечающие им объемы (см. рисунок; изохоры, проходящие через точки 1 и 2, показаны пунктиром).

Из формулы (13.6) следует, что чем больше объем, тем меньше коэффициент перед в зависимости (13.6), и, следовательно, меньше наклон соответствующей изохоры к оси температур. Поэтому изохоре 1 отвечает больший объем, чем изохоре 2, и, следовательно, объем газа в процессе 1-2 уменьшается (ответ 2).

Аналогичные рассуждения в задаче 13.2.4 показывают, что наибольшему давлению отвечает изобара, проходящая через точку (поскольку соответствующая прямая имеет наименьший наклон к оси температур; см. рисунок ниже). Поэтому правильный ответ в этой задаче — 3.


В закон Клапейрона-Менделеева входит абсолютная температура газа, поэтому данные в задаче 13.2.5 значения нужно перевести в Кельвины. В результате для отношения давлений газа в конечном и начальном состояниях получаем


(ответ 4).

Как следует из опыта, при приведении тел в тепловой контакт выравниваются их температуры. Это же касается и частей одного тела или даже компонент смеси газов (задача 13.2.6). Поэтому температуры компонент смеси будут одинаковы (ответ 1). Что касается парциальных давлений, плотностей или концентрации компонент смеси, то их значения зависят от количества молекул каждой компоненты смеси и могут быть различны.

Парциальное давление компонент смеси – это давление, которое оказывают только молекулы каждой компоненты. Как следует из формулы (13.8) парциальное давление любой компоненты можно найти, применяя только к ней закон Клапейрона-Менделеева и считая, что она имеет такую же температуру, как и вся смесь, и занимает такай же объем, как и вся смесь газов. Поэтому отношение парциальных давлений отдельных компонент смеси равно отношению количеств вещества (или числа молекул) этих компонент. Поэтому для отношения парциальных давлений углекислого газа и гелия в сосуде в задаче 13.2.7 имеем (ответ 2).

Как следует из закона Дальтона, давление смеси газов определяется полным количеством молекул в ней. Поэтому для анализа изменения давления смеси газов при протекании в ней химической реакции (задача 13.2.8) необходимо исследовать изменение числа молекул. Гелий не участвует в химической реакции — один моль гелия был и в начальном, и в конечном состоянии смеси. С озоном происходила реакция


т.е. из двух молекул озона в результате реакции получились три молекулы кислорода. Поэтому два моля озона превратились в три моля кислорода, и общее количество вещества смеси стало равно четырем молям. Поэтому давление смеси увеличивается в 4/3 раза (ответ 2).

Поскольку объемы и температуры газов одинаковы (задача 13.2.9), для сравнения их давлений необходимо сравнить число молекул в них. По условию в одном сосуде находится один моль азота, в другом 1 г водорода (т.е. половина моля) и 3 • 1023 молекул гелия (тоже половина моля). Поэтому и в одном и в другом сосуде находятся одинаковые количества молекул, и, следовательно, давление газов в них одинаково (ответ 3).

Плотность газа (задача 13.2.10) можно найти из следующей цепочки формул


(ответ 4). Здесь — масса газа, — масса одной молекулы газа.

Страница не найдена |

Страница не найдена |



404. Страница не найдена

Архив за месяц

ПнВтСрЧтПтСбВс

18192021222324

25262728293031

       

       

       

     12

       

     12

       

      1

3031     

     12

       

15161718192021

       

25262728293031

       

    123

45678910

       

     12

17181920212223

31      

2728293031  

       

      1

       

   1234

567891011

       

     12

       

891011121314

       

11121314151617

       

28293031   

       

   1234

       

     12

       

  12345

6789101112

       

567891011

12131415161718

19202122232425

       

3456789

17181920212223

24252627282930

       

  12345

13141516171819

20212223242526

2728293031  

       

15161718192021

22232425262728

2930     

       

Архивы

Метки

Настройки
для слабовидящих

Как погода влияет на давление человека

Перепады погоды воспринимаются большинством людей как естественное явление. Да, может испортиться настроение в пасмурный день, не более того.
Но есть категория людей, которые при смене атмосферного давления чувствуют значительное ухудшение общего самочувствия: головные боли, головокружение, упадок сил, ломоту в суставах.

Эти и другие симптомы значительно усложняют жизнь человека, страдающего от метеозависимости. Но зная, как атмосферное давление влияет на давление в кровеносных сосудах, можно понять, какие меры предпринять, чтобы не допустить проблем со здоровьем.

Об этом рассказывает главный врач ОГБУЗ «Центр общественного здоровья и медицинской профилактики», главный внештатный специалист по медицинской профилактике департамента здраво-охранения Костромской области Полина Железова.

Атмосферное давление и артериальное, то есть давление в сосудах нашего организма, тесно связаны. Артерии и вены быстро реагируют на изменения в атмосфере, расширяясь либо сужаясь. Таким образом, здоровый человек не ощущает дискомфорта. Если же у человека в анамнезе числятся проблемы с сердечно-сосудистой, эндокринной, нервной системой либо же организм просто ослаблен вследствие авитаминоза, непосильных физических или эмоциональных нагрузок, то его сосуды просто не успевают за изменениями в природе и возникают приступы гипертонии или гипотонии.

Высокое атмосферное давление

На изменение давления атмосферы непосредственно влияет температура воздуха, параметры влажности, скорости ветра и даже времена года. Так, когда мы наблюдаем морозный, ясный день, без осадков, это свидетельствует о высоком атмосферном давлении, то есть антициклоне.

Что же происходит в организме человека, а именно с его артериальным давлением? Оно, следуя установленной связи, также повышается. При этом у гипертоников особенно ухудшается состояние, у них «на погоду» поднимается давление еще выше. Наиболее частым неприятным симптомом такого состояния является головная боль различной интенсивности и характера. Но могут возникать и другие признаки: шум в ушах, нарушения слуха, потемнение в глазах, сухость слизистых оболочек, сильное биение сердца, нарушения ритма, болевые ощущения в области сердца, учащение дыхания, одышка.

Если скачок давления был резким, то при отсутствии должной помощи возможен острый приступ гипертензии, известный как гипертонический криз. А это первая ступень к инсультам и инфарктам.

Низкое атмосферное давление

При повышенной влажности воздуха, облачности, высокой температуре и низком атмосферном давлении проявляется циклон. Чаще всего это происходит осенью и весной.

В это время больше всего страдают гипотоники – люди, у которых показатели артериального давления могут и не достигать отметки 100/60 мм рт. ст. При этом, вследствие расширения кровеносных сосудов, кровь медленнее циркулирует по организму. Это приводит к кислородному голоданию тканей и органов.

Во время циклона давление падает еще ниже, что вызывает такие симптомы: головокружение, апатия, снижение работоспособности, сильные головные боли, слабый пульс, возможные расстройства пищеварительной системы, затрудненное дыхание. Что же происходит с давлением гипертоников при циклоне? Они тоже страдают от резких изменений погоды. Большинство людей, подверженных гипертензии, принимают препараты, контролирующие их самочувствие. Прежде всего, медикаменты для снижения давления. При циклоне его показатели падают еще ниже, что ухудшает общее самочувствие человека. Он ощущает упадок сил, снижение внимания, давящие боли в голове и нарушение зрения.

Рекомендации гипотоникам и гипертоникам

В зависимости от того, какому состоянию вы подвергаетесь, гипотонии или гипертонии, список врачебных рекомендаций разительно отличается. Если больной жалуется на симптомы, характерные для сниженного артериального давления, то при смене погоды необходимо больше времени проводить на свежем воздухе, заняться активным спортом (бег трусцой, велопрогулки, плаванье), пить много жидкости, употреблять кофеиносодержащие напитки (крепкий чай, кофе), для экстренного повышения давления принимайте настойки лимонника, женьшеня, элеутерококка.

Людям, склонным к гипертонии, врачи настоятельно рекомендуют придерживаться следующих правил: избегать физического и эмоционального утомления, отказаться от прогулок на солнце, постоянно проветривать помещение, придерживаться правильного питания, исключив соленую, пряную, острую и жирную пищу, не употреблять кофе и иных напитков, содержащих кофеин, вовремя принимать лекарства, назначенные врачом.

В любом случае следует наладить режим дня, больше отдыхать, не поддаваться стрессам и правильно питаться. А чтобы своевременно помочь своему организму, важно контролировать давление при помощи приборов.

Следите за температурой и влажностью воздуха

Помимо атмосферного давления, на организм воздействуют и другие погодные параметры, а именно температура воздуха и влажность.

Если при высоких показателях атмосферного давления наблюдается резкое и значительное снижение температуры и увеличение влажности воздуха, может развиться состояние гипотермии, проще говоря, переохлаждения.

При этом возникает спазм сосудов, что провоцирует уменьшение теплоотдачи. При стойком спазме значительно повышается давление, это может привести к гипертоническому кризу.

При увеличении влажности в воздухе снижается количество кислорода. Организм болезненно реагирует на кислородное голодание, возникает головокружение, слабость, онемение конечностей, возможны приступы паники. Если скачет давление на погоду, ощущается недомогание, эмоциональные и физические расстройства, такое состояние называют метеопатией.

На подверженность такому состоянию влияют различные факторы: генетическая предрасположенность, возраст, личностные качества, наличие хронических проблем со здоровьем.

Проявления этого синдрома могут выбить человека из привычного ритма жизни на несколько дней. При этом, помимо физических недомоганий (головокружения, скачков АД, изменения температуры тела, слабости, онемения конечностей, приступов аллергии и т. д.), наблюдается целый спектр психологических реакций: апатия, депрессия, слезливость, раздражительность, повышенная тревожность, приступы паники.

При склонности к такому состоянию нужно придерживаться здорового образа жизни, снизить эмоциональные и физические нагрузки и отслеживать прогнозы синоптиков, чтобы быть готовыми к погодным изменениям.

Объемный и массовый расход газа

Расход газа – это количество газа, прошедшего через поперечное сечение трубопровода за единицу времени. Вопрос в том, что принять за меру количества газа. В этом качестве традиционно выступает объем газа, а получаемый расход называют объемным. Не случайно чаще всего расход газа выражают в объемных единицах (см3/мин, л/мин, м3/ч и т.д.). Другой мерой количества газа является его масса, а соответствующий расход называется массовым. Он измеряется в массовых единицах (например, г/с или кг/ч), которые на практике встречаются значительно реже.

Как объем связан с массой, так и объемный расход связан с массовым через плотность вещества:
, где  – массовый расход,  – объемный расход,  – плотность газа в условиях измерения (рабочие условия). Пользуясь этим соотношением, для массового расхода переходят к использованию объемных единиц (см3/мин, л/мин, м3/ч и т.д.), но с указанием условий (температуру и давление газа), определяющих плотность газа. В России применяют «стандартные условия» (ст.): давление 101,325 кПа (абс) и температура 20°С. Помимо «стандартных», в Европе используют «нормальные условия» (н.): давление 101,325 кПа (абс) и температура 0°С. В результате, получаются единицы массового расхода н.л/мин, ст.м3/ч и т.д.

Итак, расход газа бывает объемным и массовым. Какой из них следует измерять в конкретном применении? Как наглядно увидеть разницу между ними? Давайте рассмотрим простой эксперимент, где три расходомера последовательно установлены в магистраль. Весь газ, поступающий на вход схемы, проходит через каждый из трех приборов и выбрасывается в атмосферу. Утечек или накопления газа в промежуточных точках системы не происходит.

Источником сжатого воздуха является компрессора, от которого под давлением 0,5…0,7 бар (изб) газ подаётся на вход поплавкового ротаметра. Выход ротаметра подключен ко входу теплового регулятора расхода газа серии EL-FLOW, производства компании Bronkhorst. В нашей схеме именно он регулирует количество газа, проходящее через систему. Далее газ подаётся на вход второго поплавкового ротаметра, абсолютно идентичного первому. При задании расхода 2 н.л/мин с помощью расходомера EL-FLOW первый поплавковый ротаметр дает показания 1,65 л/мин, а второй – 2,1 л/мин. Все три расходомера дают различные показания, причем разница достигает 30%. Хотя через каждый прибор проходит одно и то же количество газа.

Попробуем разобраться. Какая мера количества газа в данной ситуации остается постоянной: объем или масса? Ответ: масса. Все молекулы газа, попавшие на вход в систему, проходят через нее и выбрасываются в атмосферу после прохождения второго поплавкового ротаметра. Молекулы как раз и являются носителями массы газа. При этом удельный объем (расстояние между молекулами газа) в разных частях системы изменяется вместе с давлением.

Здесь следует вспомнить, что газы сжимаемы, чем выше давление, тем меньше объем занимает газ (закон Бойля-Мариотта). Характерный пример: цилиндр емкостью 1 литр, герметично закрытый подвижным поршнем малого веса. Внутри него содержится 1 литр воздуха при давлении порядка 1 бар (абс). Масса такого объема воздуха при температуре равной 20°С составляет 1,205 г. Если переместить поршень на половину расстояния до дна, то объем воздуха в цилиндре сократится наполовину и составит 0,5 литра, а давление повысится до 2 бар (абс), но масса газа не изменится и по-прежнему составит 1,205 г. Ведь общее количество молекул воздуха в цилиндре не изменилось.

Возвратимся к нашей системе. Массовый расход (количество молекул газа, проходящих через любое поперечное сечение в единицу времени) в системе постоянен. При этом давление в разных частях системы отличается. На входе в систему, внутри первого поплавкового ротаметра и в измерительной части расходомера EL-FLOW давление составляет порядка 0,6 бар (изб). В то время, как на выходе EL-FLOW и внутри второго поплавкового ротаметра давление практически атмосферное. Удельный объем газа на входе ниже, чем на выходе. Получается, что и объемный расход газа на входе ниже, чем на выходе.

Эти рассуждения подтверждаются и показаниями расходомеров. Расходомер EL-FLOW измеряет и поддерживает массовый расход воздуха на уровне 2 н.л/мин. Поплавковые ротаметры измеряют объемный расход при рабочих условиях. Для ротаметра на входе это: давление 0,6 бар (изб) и температура 21°С; для ротаметра на выходе: 0 бар (изб), 21°С. Также понадобится атмосферное давление: 97,97 кПа (абс). Для корректного сравнения показаний объемного расхода, все показания должны быть приведены к одним и тем же условиям. Возьмем в качестве таковых «нормальные условия» расходомера EL-FLOW: 101,325 кПа (абс) и температура 0°С.

Пересчет показаний поплавковых ротаметров в соответствии с методикой поверки ротаметров ГОСТ 8.122-99 осуществляется по формуле:

 , где Q – расход при рабочих условиях; Р и Т – рабочие давление и температура газа; QС – расход при условиях приведения; Рс и Тс – давление и температура газа, соответствующие условиям приведения.

Пересчет показаний ротаметра на входе к нормальным условиям по этой формуле даёт значение расхода 1,985 л/мин, а ротаметра на выходе – 1,990 л/мин. Теперь разброс показаний расходомеров не превышает 0,75%, что при точности ротаметров 3% ВПИ является отличным результатом.

Из приведенного примера видно, что объемный расход сильно зависит от рабочих условий. Мы показали зависимость от давления, но в той же мере объемный расход зависит и от температуры (закон Гей-Люссака). Даже в технологической схеме, имеющей один вход и один выход, где отсутствуют утечки и накопление газа, показания объемного расходомера будут сильно зависеть от конкретного места установки. Хотя массовый расход будет одним и тем же в любой точке такой схемы.

Хорошо понимать физику процесса. Но, все же, какой расходомер выбрать: объемного расхода или массового? Ответ зависит от конкретной задачи. Каковы требования технологического процесса, с каким газом необходимо работать, величина измеряемого расхода, точность измерений, рабочие температура и давление, особые правила и нормы, действующие в Вашей сфере деятельности, и, наконец, отведенный бюджет. Также следует учитывать, что многие расходомеры, измеряющие объемный расход, могут комплектоваться датчиками температуры и давления. Они поставляются вместе с корректором, который фиксирует показания расходомера и датчиков, а затем приводит показания расходомера к стандартным условиям.

Но, тем не менее, можно дать общие рекомендации. Массовый расход важен тогда, когда в центре внимания находится сам газ, и необходимо контролировать количество молекул, не обращая внимания на рабочие условия (температура, давление). Здесь можно отметить динамическое смешение газов, реакторные системы, в том числе каталитические, системы коммерческого учета газов.

Измерение объемного расхода необходимо в случаях, когда основное внимание уделяется тому, что находится в объеме газа. Типичные примеры – промышленная гигиена и мониторинг атмосферного воздуха, где необходимо проводить количественную оценку загрязнений в объеме воздуха в реальных условиях.

Закон об идеальном газе

PV = nRT

Давление, объем, температура, моль

Мы знаем, что температура пропорциональна средней кинетической энергии образца газа. Константа пропорциональности (2/3) R, а R — газовая постоянная со значением 0,08206 л атм. K -1 моль -1 или 8,3145 JK -1 моль -1 . (KE) ave = (2/3) RT
По мере увеличения температуры средняя кинетическая энергия увеличивается, как и скорость частиц газа, ударяющихся о стенки контейнера.Сила, прикладываемая частицами к единице площади к контейнеру, представляет собой давление, поэтому при повышении температуры давление также должно увеличиваться. Давление пропорционально температуре , если количество частиц и объем контейнера постоянны.

Что произойдет с давлением, если количество частиц в контейнере увеличится, а температура останется прежней? Давление возникает из-за столкновения частиц с контейнером. Если средняя кинетическая энергия частиц (температура) остается прежней, средняя сила, приходящаяся на частицу, будет такой же.Чем больше частиц, тем больше столкновений и, соответственно, большее давление. Количество частиц пропорционально давлению , если объем контейнера и температура остаются постоянными.

Что произойдет с давлением, если контейнер расширится? Пока температура постоянна, средняя сила удара каждой частицы о поверхность будет одинаковой. Поскольку площадь контейнера увеличилась, таких столкновений на единицу площади будет меньше, и давление уменьшится. Объем обратно пропорционален давлению , если количество частиц и температура постоянны.

Есть два способа, чтобы давление оставалось неизменным при увеличении объема. Если температура остается постоянной и, соответственно, средняя сила, действующая на поверхность частицы, добавление дополнительных частиц может компенсировать увеличенную площадь поверхности контейнера и сохранить давление на том же уровне. Другими словами, если температура и давление постоянны, количество частиц пропорционально объему .

Другой способ сохранить постоянное давление при увеличении объема — увеличить среднюю силу, которую каждая частица оказывает на поверхность. Это происходит при повышении температуры. Таким образом, если количество частиц и давление постоянны, температура пропорциональна объему. Это легко увидеть на воздушном шаре, наполненном воздухом. Воздушный шар у поверхности Земли имеет давление 1 атм. Нагревание воздуха в баллоне приводит к его увеличению, а при охлаждении — к уменьшению.


Парциальное давление

Согласно закону идеального газа, природа частиц газа не имеет значения. Газовая смесь будет иметь то же общее давление, что и чистый газ, до тех пор, пока количество частиц одинаково в обоих.

Для газовых смесей мы можем присвоить парциальное давление каждому компоненту, которое является его долей от общего давления и его долей от общего числа частиц газа. Рассмотрим воздух. Около 78% частиц газа в пробе сухого воздуха составляют молекулы N 2 и почти 21% — молекулы O 2 .Общее давление на уровне моря составляет 1 атм, поэтому парциальное давление молекул азота составляет 0,78 атм, а парциальное давление молекул кислорода составляет 0,21 атм. Парциальные давления всех других газов в сумме составляют немногим более 0,01 атм.

Атмосферное давление уменьшается с высотой. Парциальное давление N 2 в атмосфере в любой точке будет 0,78 от общего давления.


Молярный объем газа на уровне моря

Используя закон идеального газа, мы можем вычислить объем, который занимает 1 моль чистого газа или 1 моль смешанного газа, воздуха.Переставьте газовый закон для вычисления объема: V = nRT / P

Атмосферное давление составляет 1,0 атм, n равно 1,0 моль, а R составляет 0,08206 л атм. K -1 моль -1 . Предположим, что температура составляет 25 ° C или 293,15 K. Подставим эти значения:

V = (1,0 моль) (0,08206 л атм. K -1 моль -1 ) (298,15 K) / (1,0 атм) = 24,47 л = 24 л (на 2 рис.)


Скорость газа и скорость диффузии

Кинетическая молекулярная теория может вывести величину, связанную со средней скоростью молекулы газа в образце, среднеквадратичную скорость.Вы можете увидеть вывод в приложении к учебнику Зумдаля или прочитать об этом в онлайн-источнике. Расчеты выходят за рамки этого курса.

Эта величина скорости равна квадратному корню из 3RT / M, где M — масса частицы.

Относительная скорость утечки двух газов из отверстия в контейнере (излияние), а также скорость движения двух газов из одной части контейнера в другую (диффузия) зависят от отношения их среднеквадратичных скоростей.

Можно ли применить это к разделению изотопов для ядерных реакторов? Помните, что урановое топливо для коммерческих реакторов должно быть обогащено до 3-5% по U-235. Его естественное содержание составляет всего около 0,7% с остальным U-238. Уран превращается в летучую форму, UF 6 . Давайте посчитаем скорость, с которой более тяжелый газ 238 UF 6 будет проходить через небольшое отверстие от одной газовой центрифуги к другой, через небольшое отверстие.

    масса 235 UF 6 = (6) (18.9984 г) + (235,0439 г) = 349,0343 г

    масса 238 UF 6 = (6) (18,9984 г) + (238,0508) = 352,0412 г

    скорость истечения 235 UF 6 / 238 UF 6 = 352,0412 / 349,0343 = 1,0086

Теперь вы можете понять, почему для разделения изотопов необходимы газовые центрифуги, расположенные ряд за рядом!

Назад

Компас

Показатель

Таблицы

Вступление

Следующий

Как температура влияет на давление газа?

Введение

Закон о давлении гласит, что для постоянного объема газа в герметичном контейнере температура газа прямо пропорциональна его давлению.Это можно легко понять, визуализировав частицы газа в контейнере, движущиеся с большей энергией при повышении температуры. Это означает, что они чаще сталкиваются друг с другом и стенками контейнера, и, следовательно, давление увеличивается.

Если V является постоянным, P / T будет постоянным — Закон давления
, где V = объем, P = давление и T = температура.

Если мы считаем мяч для сквоша герметичным сосудом с газом, то давление газа будет изменяться в соответствии с законом давления.Мы не можем измерить давление внутри мяча для сквоша, поэтому мы предполагаем, что отскок мяча будет прямо пропорционален давлению в мяче. Измеряя «время зависания» (время между первым и вторым отскоком), мы можем судить о том, что происходит с давлением внутри мяча для сквоша.

Микрофон регистратора данных DrDAQ будет использоваться для измерения времени зависания мяча для сквоша.

Необходимое оборудование

  • Регистратор данных DrDAQ, подключенный к ПК
  • Стакан, штатив, марля, термометр и нагревательный коврик
  • Метровая линейка

Проведение эксперимента

  1. Отмерьте 200 мл воды со льдом и убедитесь, что ее температура составляет 0 ° C.
  2. Используя щипцы, опустите мяч для сквоша под воду примерно на 2 минуты.
  3. Поместите DrDAQ на пол и настройте его для измерения «уровня звука» с частотой дискретизации 10 мс
  4. Начните запись уровня звука. Используя линейку для измерения в качестве ориентира, уроните мяч (при 0 ° C) с высоты 1 м (см. Рисунок 1) и сохраните файл.
  5. Повторите это три раза.
  6. Теперь, используя штатив для горелки Бунзена и марлю, увеличьте температуру мяча для сквоша до 10 ° C и повторите эксперимент.
  7. Теперь эксперимент следует повторить для температур 20 ° C, 30 ° C, 40 ° C, 50 ° C, 60 ° C, 70 ° C, 80 ° C и 90 ° C, соблюдая осторожность с горячей водой.

Рисунок 1: показывает установку оборудования

Анализ результатов DrDAQ

Используя функцию графика в программном обеспечении, мы можем рассчитать время зависания мяча для сквоша. Увеличьте масштаб графика (показанного на рисунке 2), чтобы четко показать пики первого и второго отскоков. Теперь используйте курсор, поместите его над первым пиком, время первого пика теперь будет отображаться на экране (см. Рисунок 2), повторите это для второго пика.Вычитая эти два значения, вы рассчитали время зависания. Это означает, что вы можете построить график зависимости температуры от среднего времени ожидания.

Рисунок 2: показывает данные прыгающего мяча

Вопросы

  1. Как время зависания зависело от температуры мяча?
  2. Был ли этот эксперимент честной проверкой?
  3. Что, по вашему мнению, произойдет при более высоких или более низких температурах?
  4. Можете ли вы придумать способ моделирования результатов?
  5. Считаете ли вы, что мяч для сквоша имел постоянную громкость на протяжении всего эксперимента? Если нет, соответствовал ли мяч для сквоша закону давления?

Дальнейшее изучение

  • Существует несколько различных типов мяча для сквоша (разные производители, а также разные «скорости» — это обозначается цветом пятна на мяче).Как вы думаете, это повлияет на ваши результаты? Если да, то как?
  • Как вы думаете, вы получите такие же результаты с теннисным мячом или футбольным мячом?

законов о газе

законов о газе

Газовые законы

Нижеследующее содержание является сутью лекции 18. В этой лекции мы рассматриваем законы газа: законы Шарля, Бойля, Авагадро и Гей-Люссака, а также законы идеального и комбинированного газа.

Законы о свойствах газа

Есть 4 общих закона, которые связывают 4 основных характерных свойства газов друг с другом.Каждый закон назван его первооткрывателем. Хотя важно понимать отношения, охватываемые каждым законом, знание отправителя не так важно и будет лишним после введения закона о комбинированном газе. Поэтому сосредоточьтесь на понимании отношений, а не на запоминании имен.

Закон Чарльза- дает соотношение между объемом и температурой , если давление и количество газа поддерживаются постоянными :

1) Если температура газа по Кельвину увеличивается, объем газа увеличивается.(Постоянная P, n)
2) Если температура газа по Кельвину понижается, объем газа уменьшается. (Постоянная P, n)

Это означает, что объем газа прямо пропорционален его температуре Кельвина на . Подумайте об этом так: если вы увеличиваете объем газа и должны поддерживать постоянное давление, единственный способ добиться этого — это также повысить температуру газа.

Расчеты с использованием закона Чарльза включают изменение температуры (T 2 ) или объема (V 2 ) от известного начального количества каждого из них (V 1 и T 1 ):

Закон Бойля — гласит, что объем заданного количества газа, удерживаемого при постоянной температуре, изменяется обратно пропорционально приложенному давлению, когда температура и масса постоянны.

Уменьшение объема газа означает, что молекулы ударяются о стенки чаще, увеличивая давление, и, наоборот, если объем увеличивается, расстояние, которое молекулы должны пройти, чтобы столкнуться со стенками, увеличивается, и они реже ударяются о стенки, тем самым уменьшая давление.

Как и закон Чарльза, закон Бойля можно использовать для определения текущего давления или объема газа, если известны начальные состояния и одно из изменений:

Закон Авагадро — Дает соотношение между объемом и количеством газа в молях, когда давление и температура поддерживаются постоянными.

Если количество газа в баллоне увеличивается, объем увеличивается. Если количество газа в баллоне уменьшается, объем уменьшается. Это, конечно, при условии, что контейнер имеет расширяемые стенки.

Отношение снова прямо пропорционально, поэтому уравнение для расчетов:

Закон Гей-Люссака — гласит, что давление данного количества газа, удерживаемого в постоянном объеме, прямо пропорционально температуре Кельвина.

Если вы нагреете газ, вы дадите молекулам больше энергии, и они будут двигаться быстрее. Это означает большее воздействие на стенки емкости и увеличение давления. И наоборот, если вы охладите молекулы, они замедлятся, и давление снизится.

Чтобы рассчитать изменение давления или температуры с использованием закона Гей-Люссака, уравнение выглядит следующим образом:

Чтобы немного поиграть с отношениями, попробуйте эту симуляцию.

Закон об идеальном газе:

Комбинация представленных выше законов порождает Закон об идеальном газе:

Добавление константы пропорциональности, называемой идеальной или универсальной газовой постоянной (R), завершает уравнение.

Как видите, для константы возможно множество единиц. Единственное постоянное значение константы — это то, что шкала температуры во всем — KELVIN.

При использовании закона идеального газа для расчета любого свойства газа вы должны сопоставить единицы с газовой постоянной, которую вы выбираете для использования, и вы всегда должны указывать температуру в градусах Кельвина.

Чтобы использовать уравнение, вам просто нужно уметь определить, чего не хватает в вопросе, и изменить уравнение, чтобы решить его.

Типичный вопрос: 6,2 литра идеального газа содержится при 3,0 атм и температуре 37 ° C. Сколько молей этого газа присутствует?

Поскольку единицы газовой постоянной задаются в атмосфере, молях и градусах Кельвина, важно убедиться, что вы конвертируете значения, указанные в других шкалах температуры или давления.Для этой задачи преобразуйте температуру ° C в K с помощью уравнения:

Т = ° С + 273

Т = 37 ° С + 273
Т = 310 К

Теперь вы можете вставить значения. Определите количество родинок

n = PV / RT

n = (3,0 атм x 6,2 л) / (0,08206 л атм / моль K x 310 K)
n = 0,75 моль

Вот некоторые практические проблемы с использованием Закона об идеальном газе: Практика

Закон о комбинированном газе

Я сказал выше, что запоминание всех уравнений для каждого из отдельных законов газа станет неуместным после введения последующих законов.Закон, о котором я говорил, — это Закон о комбинированном газе:

.

Закон комбинированного газа позволяет вывести любое из необходимых соотношений путем объединения всех изменяемых частей в законе идеального газа: а именно давления, температуры и объема. R и количество молей не фигурируют в уравнении, поскольку они обычно постоянны и поэтому сокращаются, поскольку они появляются в равных количествах с обеих сторон уравнения.

Как вы можете видеть выше, уравнение может быть решено для любого из входящих в него параметров.Но что еще более важно, вы можете исключить из уравнения все, что останется постоянным.

Например, если в вопросе говорится, что система с давлением 1 атм и объемом 2 литра претерпела изменение до 3,5 литров, вычислите новое давление, вы можете просто исключить температуру из уравнения и получить:

P 2 = P 1 V 1 / V 2 = (1 атм) (2 л) / 3,5 л) = 0,6 атм

Поскольку в вопросе никогда не упоминается температура, мы можем предположить, что она остается постоянной и поэтому будет отменена при вычислении.Вы также должны подумать над ответом, который вы получите с точки зрения того, что вы знаете о газах и о том, как они действуют. Мы увеличили объем, поэтому давление должно снизиться. Проверяя наш ответ, он кажется правильным, поскольку давление упало с 1 атм до 0,6 атм.

Итак, единственное уравнение, которое вам действительно нужно знать, — это закон комбинированного газа, чтобы рассчитать изменения свойств газа.

Вот некоторые практические проблемы с решениями: Практика

Вот некоторые проблемы для других законов о газе, которые вы можете вывести из закона о комбинированном газе: Практика и ПОЗ.

Влияние температуры и давления на государственные научные игры

В этой серии игр ваши ученики узнают, как и почему вещества претерпевают фазовые изменения.Влияние температуры и давления на цель обучения штата — основанная на NGSS и государственных стандартах — обеспечивает повышение вовлеченности учащихся и академической успеваемости в вашем классе, как показали исследования.

Прокрутите вниз, чтобы ознакомиться с играми с данной обучающей целью и концепциями, которые они воплощают в жизнь.

Охваченные концепции

Атомы и молекулы — это частицы, из которых состоит материя. Состояние вещества — твердого, жидкого, газообразного или плазменного — зависит от того, как его молекулы движутся и сохраняют свой объем и форму.

Частицы находятся в постоянном движении, но они по-разному взаимодействуют в зависимости от состояния вещества.

  • Твердое тело — частицы остаются в контакте друг с другом, колеблются на месте, но не перемещаются друг относительно друга, сохраняя форму и объем твердого тела.
  • Жидкость — частицы остаются в контакте, но могут двигаться относительно друг друга. Жидкости меняют форму в зависимости от емкости, но сохраняют свой объем.
  • Газ — частицы не контактируют, но могут сталкиваться.Они быстро перемещаются относительно друг друга. Газы расширяются или сжимаются, заполняя доступное пространство, то есть они не сохраняют свою форму или объем.

Состояние вещества вещества — это внешнее свойство, то есть оно может быть изменено окружающей средой. Физические условия, такие как температура и давление, влияют на состояние вещества. Можно измерить как температуру, так и давление, и можно наблюдать изменения состояния.

Когда к веществу добавляется тепловая энергия, его температура увеличивается, что может изменить его состояние с твердого на жидкое (плавление), с жидкого на газ (испарение) или с твердого на газ (сублимация).Когда энергия удаляется, происходит обратное: температура вещества понижается и оно превращается из жидкости в твердое (замерзание), из газа в твердое (осаждение) или из газа в жидкость (конденсация).

Когда давление, оказываемое на вещество, увеличивается, оно может вызвать конденсацию вещества. Снижение давления может вызвать его испарение. Для некоторых типов горных пород снижение давления также может привести к их плавлению.

Предварительный просмотр каждой игры в обучающей цели приведен ниже.

Вы можете получить доступ ко всем играм Legends of Learning бесплатно, навсегда, с учетной записью учителя. Бесплатная учетная запись учителя также позволяет создавать списки воспроизведения игр и заданий для учащихся и отслеживать успеваемость в классе. Зарегистрируйтесь сегодня бесплатно!

Теги:
вещество, газ, жидкость, твердое тело, давление, температура, фазовый переход, испарение, конденсация, плавление, замораживание, затвердевание, кипение, состояние, сублимация, осаждение, плазма, энергия, атом, молекула

11.5. Давление пара — Chemistry LibreTexts

Цели обучения

  • Чтобы знать, как и почему давление пара жидкости зависит от температуры.
  • Понимать, что равновесное давление пара жидкости зависит от температуры и присутствующих межмолекулярных сил.
  • Чтобы понять, что соотношение между давлением, энтальпией парообразования и температурой задается уравнением Клаузиуса-Клапейрона.

Почти все мы нагревали кастрюлю с водой с закрытой крышкой и вскоре после этого услышали стук крышки и проливание горячей воды на плиту.Когда жидкость нагревается, ее молекулы получают достаточную кинетическую энергию, чтобы преодолеть силы, удерживающие их в жидкости, и уходят в газовую фазу. Поступая таким образом, они генерируют совокупность молекул в паровой фазе над жидкостью, которая создает давление — давление пара жидкости. В описанной нами ситуации было создано достаточное давление, чтобы сдвинуть крышку, что позволило парам уйти. Однако, если пар содержится в герметичном сосуде, таком как невентилируемая колба, и давление пара становится слишком высоким, колба взрывается (как, к сожалению, обнаружили многие студенты).В этом разделе мы более подробно описываем давление пара и объясняем, как количественно определить давление пара жидкости.

Испарение и конденсация

Поскольку молекулы жидкости находятся в постоянном движении, мы можем построить график доли молекул с заданной кинетической энергией ( KE ) в зависимости от их кинетической энергии, чтобы получить распределение кинетической энергии молекул в жидкости (Рисунок \ (\ PageIndex {1} \)), как и для газа. Что касается газов, увеличение температуры увеличивает как среднюю кинетическую энергию частиц в жидкости, так и диапазон кинетической энергии отдельных молекул.Если мы предположим, что минимальное количество энергии (\ (E_0 \)) необходимо для преодоления межмолекулярных сил притяжения, которые удерживают жидкость вместе, тогда некоторая часть молекул в жидкости всегда имеет кинетическую энергию больше, чем \ (E_0 \) . Доля молекул с кинетической энергией, превышающей это минимальное значение, увеличивается с повышением температуры. Любая молекула с кинетической энергией, превышающей \ (E_0 \), имеет достаточно энергии, чтобы преодолеть силы, удерживающие ее в жидкости, и уйти в паровую фазу.Однако, прежде чем он сможет это сделать, молекула также должна быть на поверхности жидкости, где она физически может покинуть поверхность жидкости; то есть только молекулы на поверхности могут подвергаться испарению (или испарению), при этом молекулы получают достаточно энергии для перехода в газообразное состояние над поверхностью жидкости, тем самым создавая давление пара.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Распределение кинетических энергий молекул жидкости при двух температурах. Как и в случае с газами, повышение температуры смещает пик в сторону более высокой энергии и расширяет кривую.Только молекулы с кинетической энергией, превышающей E 0 , могут выйти из жидкости и перейти в паровую фазу, а доля молекул с KE > E 0 больше при более высокой температуре. (CC BY-SA-NC; анонимно по запросу)

Чтобы понять причины давления пара, рассмотрим устройство, показанное на рисунке \ (\ PageIndex {2} \). Когда жидкость вводится в откачанную камеру (часть (a) на рисунке \ (\ PageIndex {2} \)), начальное давление над жидкостью приблизительно равно нулю, поскольку в паровой фазе еще нет молекул.Однако некоторые молекулы на поверхности будут обладать достаточной кинетической энергией, чтобы покинуть жидкость и образовать пар, увеличивая, таким образом, давление внутри контейнера. Пока температура жидкости поддерживается постоянной, доля молекул с \ (KE> E_0 \) не изменится, и скорость, с которой молекулы уходят из жидкости в паровую фазу, будет зависеть только от площади поверхности жидкая фаза.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Давление пара. (а) Когда жидкость вводится в откачанную камеру, молекулы с достаточной кинетической энергией покидают поверхность и переходят в паровую фазу, вызывая повышение давления в камере.(b) Когда достаточное количество молекул находится в паровой фазе для данной температуры, скорость конденсации равна скорости испарения (достигается установившееся состояние), и давление в контейнере становится постоянным. (CC BY-SA-NC; анонимно по запросу)

Как только образуется некоторое количество пара, часть молекул в паровой фазе сталкивается с поверхностью жидкости и повторно входит в жидкую фазу в процессе, известном как конденсация ( часть (b) на рисунке \ (\ PageIndex {2} \)). По мере увеличения количества молекул в паровой фазе количество столкновений между молекулами паровой фазы и поверхностью также будет увеличиваться.В конце концов, будет достигнуто установившееся состояние , в котором ровно столько молекул в единицу времени покидают поверхность жидкости (испаряются), сколько сталкиваются с ней (конденсируются). В этот момент давление над жидкостью перестает расти и остается постоянным на определенном значении, которое характерно для жидкости при данной температуре. Скорость испарения и конденсации во времени для такой системы графически показана на рисунке \ (\ PageIndex {3} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Относительные скорости испарения и конденсации как функция времени после того, как жидкость попала в герметичную камеру.Скорость испарения зависит только от площади поверхности жидкости и практически постоянна. Скорость конденсации зависит от количества молекул в паровой фазе и постоянно увеличивается, пока не сравняется со скоростью испарения. (CC BY-SA-NC; анонимно по запросу)

Равновесное давление пара

Два противоположных процесса (например, испарение и конденсация), которые происходят с одинаковой скоростью и, таким образом, не производят чистых изменений в системе, составляют динамическое равновесие.В случае жидкости, заключенной в камеру, молекулы непрерывно испаряются и конденсируются, но количества жидкости и пара не меняются со временем. Давление, оказываемое паром в динамическом равновесии с жидкостью, является равновесным давлением пара жидкости.

Однако, если жидкость находится в открытом контейнере , большинство молекул, которые уходят в паровую фазу, будут , а не , сталкиваться с поверхностью жидкости и возвращаться в жидкую фазу.Вместо этого они будут диффундировать через газовую фазу от контейнера, и равновесие никогда не установится. В этих условиях жидкость будет продолжать испаряться, пока не «исчезнет». Скорость, с которой это происходит, зависит от давления пара жидкости и температуры. Летучие жидкости имеют относительно высокое давление пара и склонны легко испаряться; нелетучие жидкости имеют низкое давление пара и испаряются медленнее. Хотя разделительная линия между летучими и нелетучими жидкостями не является четкой, в качестве общего ориентира мы можем сказать, что вещества с давлением пара выше, чем у воды (рис. \ (\ PageIndex {4} \)), относительно летучие, тогда как те, у которых давление пара меньше, чем у воды, относительно нелетучие.Таким образом, диэтиловый эфир (этиловый эфир), ацетон и бензин являются летучими, а ртуть, этиленгликоль и моторное масло — нелетучими.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Давление паров некоторых жидкостей как функция температуры. Точка, в которой кривая давления пара пересекает линию P = 1 атм (пунктирная линия), является нормальной точкой кипения жидкости. (CC BY-SA-NC; анонимно по запросу)

Равновесное давление пара вещества при определенной температуре является характеристикой материала, такой как его молекулярная масса, точка плавления и температура кипения., а не , зависит от количества жидкости, если хотя бы небольшое количество жидкости присутствует в равновесии с паром. Однако равновесное давление пара очень сильно зависит от температуры и присутствующих межмолекулярных сил, как показано для некоторых веществ на рисунке \ (\ PageIndex {4} \). Молекулы, которые могут связывать водород, такие как этиленгликоль, имеют гораздо более низкое равновесное давление пара, чем те, которые не могут, например, октан. Нелинейное увеличение давления пара с повышением температуры на намного круче, чем увеличение давления, ожидаемое для идеального газа в соответствующем диапазоне температур.Температурная зависимость настолько сильна, потому что давление пара зависит от доли молекул, кинетическая энергия которых превышает энергию, необходимую для выхода из жидкости, и эта доля экспоненциально увеличивается с температурой. В результате запечатанные контейнеры с летучими жидкостями могут стать настоящей бомбой, если они подвергаются значительному повышению температуры. Например, бензобаки автомобилей вентилируются, чтобы автомобиль не взорвался, если он припаркован на солнце. Аналогичным образом, небольшие канистры (1–5 галлонов), используемые для перевозки бензина, по закону должны иметь выпускной клапан для сброса давления.

Летучие вещества имеют низкие температуры кипения и относительно слабые межмолекулярные взаимодействия; нелетучие вещества имеют высокие температуры кипения и относительно сильные межмолекулярные взаимодействия.

Экспоненциальный рост давления пара с увеличением температуры на рисунке \ (\ PageIndex {4} \) позволяет нам использовать натуральные логарифмы для выражения нелинейной зависимости как линейной.

\ [\ boxed {\ ln P = \ dfrac {- \ Delta H_ {vap}} {R} \ left (\ dfrac {1} {T} \ right) + C} \ label {Eq1} \]

где

  • \ (\ ln P \) — натуральный логарифм давления пара,
  • \ (ΔH_ {vap} \) — энтальпия испарения,
  • \ (R \) — универсальная газовая постоянная [8.314 Дж / (моль • К)],
  • \ (T \) — температура в градусах Кельвина, а
  • \ (C \) — точка пересечения по оси Y, которая является константой для любой данной линии.

График зависимости \ (\ ln P \) от обратной абсолютной температуры (\ (1 / T \)) представляет собой прямую линию с наклоном −Δ H vap / R . Уравнение \ (\ ref {Eq1} \), называемое уравнением Клаузиуса – Клапейрона, можно использовать для вычисления \ (ΔH_ {vap} \) жидкости по измеренному давлению пара при двух или более температурах.Самый простой способ определить \ (ΔH_ {vap} \) — измерить давление пара жидкости при двух температурах и вставить значения \ (P \) и \ (T \) для этих точек в уравнение \ ( \ ref {Eq2} \), который выводится из уравнения Клаузиуса – Клапейрона:

\ [\ ln \ left (\ dfrac {P_ {1}} {P_ {2}} \ right) = \ dfrac {- \ Delta H_ {vap}} {R} \ left (\ dfrac {1} {T_ {1}} — \ dfrac {1} {T_ {2}} \ right) \ label {Eq2} \]

И наоборот, если мы знаем Δ H vap и давление пара \ (P_1 \) при любой температуре \ (T_1 \), мы можем использовать уравнение \ (\ ref {Eq2} \) для вычисления давления пара \ (P_2 \) при любой другой температуре \ (T_2 \), как показано в примере \ (\ PageIndex {1} \).

Пример \ (\ PageIndex {1} \): Давление паров ртути

Экспериментально измеренные значения давления пара жидкой Hg при четырех температурах приведены в следующей таблице:

T (° C) 80,0 100 120 140
P (торр) 0,0888 0,2729 0.7457 1,845

На основе этих данных рассчитайте энтальпию испарения (Δ H vap ) ртути и спрогнозируйте давление пара жидкости при 160 ° C. (Примечание по безопасности: ртуть очень токсична; при разливе из-за давления ее паров образуется опасный уровень паров ртути.)

Дано: Давление паров при четырех температурах

Запрошено: Δ H пар ртути и давление паров при 160 ° C

Стратегия:

  1. Используйте уравнение \ (\ ref {Eq2} \), чтобы получить Δ H vap непосредственно из двух пар значений в таблице, убедившись, что преобразовали все значения в соответствующие единицы.
  2. Подставьте вычисленное значение Δ H vap в уравнение \ (\ ref {Eq2} \), чтобы получить неизвестное давление ( P 2 ).

Раствор:

A В таблице приведены измеренные значения давления пара жидкой Hg для четырех температур. Хотя одним из способов продолжения было бы построить график данных с помощью уравнения \ (\ ref {Eq1} \) и найти значение Δ H vap по наклону линии, альтернативным подходом является использование уравнения \ ( \ ref {Eq2} \), чтобы получить Δ H vap непосредственно из двух пар значений, перечисленных в таблице, при условии отсутствия ошибок в наших измерениях.Поэтому мы выбираем два набора значений из таблицы и переводим температуры из градусов Цельсия в кельвин, потому что уравнение требует абсолютных температур. Подстановка значений, измеренных при 80,0 ° C ( T 1 ) и 120,0 ° C ( T 2 ) в уравнение \ (\ ref {Eq2} \) дает

\ [\ begin {align *} \ ln \ left (\ dfrac {0.7457 \; \ cancel {Torr}} {0.0888 \; \ cancel {Torr}} \ right) & = \ dfrac {- \ Delta H_ {vap }} {8.314 \; Дж / моль \ cdot K} \ left (\ dfrac {1} {\ left (120 + 273 \ right) K} — \ dfrac {1} {\ left (80.{3.86} = 47,5 \\ [4pt] P_ {2} & = 4,21 торр \ end {align *} \]

При 160 ° C давление пара жидкой Hg составляет 4,21 торр, что, как и следовало ожидать, значительно превышает давление при 80,0 ° C.

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \): Давление паров никеля

Давление паров жидкого никеля при 1606 ° C составляет 0,100 торр, тогда как при 1805 ° C давление пара составляет 1.000 торр. При какой температуре жидкость имеет давление пара 2,500 торр?

Ответ

1896 ° С

Точки кипения

По мере увеличения температуры жидкости давление пара жидкости увеличивается до тех пор, пока не сравняется с внешним давлением или атмосферным давлением в случае открытого контейнера.По всей жидкости начинают образовываться пузырьки пара, и жидкость начинает закипать. Температура, при которой жидкость кипит при давлении ровно 1 атм, является нормальной точкой кипения жидкости. Для воды нормальная температура кипения составляет ровно 100 ° C. Нормальные точки кипения других жидкостей на рисунке \ (\ PageIndex {4} \) представлены точками, в которых кривые давления пара пересекают линию, соответствующую давлению 1 атм. Хотя мы обычно указываем нормальную температуру кипения жидкости, фактическая точка кипения зависит от давления.При давлении более 1 атм вода закипает при температуре более 100 ° C, поскольку повышенное давление заставляет молекулы пара над поверхностью конденсироваться. Следовательно, молекулы должны обладать большей кинетической энергией, чтобы покинуть поверхность. И наоборот, при давлении менее 1 атм вода кипит ниже 100 ° C.

Таблица \ (\ PageIndex {1} \): Точки кипения воды в различных местах на Земле
Место Высота над уровнем моря (футы) Атмосферное давление (мм рт. Ст.) Температура кипения воды (° C)
Mt.Эверест, Непал / Тибет 29 028 240 70
Богота, Колумбия 11 490 495 88
Денвер, Колорадо 5280 633 95
Вашингтон, округ Колумбия 25 759 100
Мертвое море, Израиль / Иордания −1312 799 101.4

Типичные изменения атмосферного давления на уровне моря относительно невелики, вызывая лишь незначительные изменения температуры кипения воды. Например, самое высокое зарегистрированное атмосферное давление на уровне моря составляет 813 мм рт. Ст., Зарегистрированное в течение сибирской зимы; самое низкое давление на уровне моря, когда-либо измеренное, составило 658 мм рт.ст. во время тихоокеанского тайфуна. При таком давлении температура кипения воды изменяется минимально, до 102 ° C и 96 ° C соответственно. С другой стороны, на больших высотах зависимость температуры кипения воды от давления становится значительной.В таблице \ (\ PageIndex {1} \) перечислены точки кипения воды в нескольких местах с разной высотой. Например, на высоте всего 5000 футов точка кипения воды уже ниже самого низкого уровня, когда-либо зарегистрированного на уровне моря. Низкая температура кипения воды имеет серьезные последствия для приготовления всего: от яиц всмятку («трехминутное яйцо» может занять четыре или более минут в Скалистых горах и даже дольше в Гималаях) до тортов (часто продаются смеси для пирогов. с отдельными высотными инструкциями).Напротив, скороварки, у которых есть уплотнение, которое позволяет давлению внутри них превышать 1 атм, используются для более быстрого приготовления пищи за счет повышения температуры кипения воды и, следовательно, температуры, при которой пища готовится.

По мере увеличения давления температура кипения жидкости увеличивается и наоборот.

Пример \ (\ PageIndex {2} \): кипящая ртуть

Используйте рисунок \ (\ PageIndex {4} \), чтобы оценить следующее.

  1. температура кипения воды в скороварке, работающей при 1000 мм рт. Ст.
  2. давление, необходимое для кипения ртути при 250 ° C

Ртуть кипит при 356 ° C при комнатной температуре.Чтобы посмотреть видео, перейдите на www.youtube.com/watch?v=0iizsbXWYoo

Дано: Данные на рисунке \ (\ PageIndex {4} \), давление и точка кипения

Запрошено: соответствующие точка кипения и давление

Стратегия:

  1. Чтобы оценить точку кипения воды при 1000 мм рт. Ст., Обратитесь к рисунку \ (\ PageIndex {4} \) и найдите точку, где кривая давления пара воды пересекает линию, соответствующую давлению 1000 мм рт.
  2. Чтобы оценить давление, необходимое для кипения ртути при 250 ° C, найдите точку, в которой кривая давления паров ртути пересекает линию, соответствующую температуре 250 ° C.

Раствор:

  1. A Кривая давления пара воды пересекает линию P = 1000 мм рт.ст. примерно при 110 ° C; следовательно, это точка кипения воды при 1000 мм рт.
  2. B Вертикальная линия, соответствующая 250 ° C, пересекает кривую давления паров ртути при P ≈ 75 мм рт. Следовательно, это давление, необходимое для кипения ртути при 250 ° C.

Упражнение \ (\ PageIndex {2} \): кипячение этиленгликоля

Этиленгликоль — это органическое соединение, которое в основном используется в качестве сырья при производстве полиэфирных волокон и тканей, а также полиэтилентерефталатных смол (ПЭТ), используемых при розливе в бутылки.Используйте данные на рисунке \ (\ PageIndex {4} \), чтобы оценить следующее.

  1. нормальная температура кипения этиленгликоля
  2. давление, необходимое для кипения диэтилового эфира при 20 ° C.
Ответьте на

200 ° С

Ответ b

450 мм рт. Ст.

Сводка

Поскольку молекулы жидкости находятся в постоянном движении и обладают широким диапазоном кинетических энергий, в любой момент их часть имеет достаточно энергии, чтобы вырваться с поверхности жидкости и войти в газовую или паровую фазу.Этот процесс, называемый испарением или испарением , создает давление пара над жидкостью. Молекулы в газовой фазе могут сталкиваться с поверхностью жидкости и повторно входить в жидкость посредством конденсации . В конце концов, достигается установившееся состояние , в котором количество молекул, испаряющихся и конденсирующихся в единицу времени, одинаково, и система находится в состоянии динамического равновесия . В этих условиях жидкость демонстрирует характерное равновесное давление паров , которое зависит только от температуры.Мы можем выразить нелинейную зависимость между давлением пара и температурой как линейную зависимость, используя уравнение Клаузиуса – Клапейрона . Это уравнение можно использовать для расчета энтальпии испарения жидкости по измеренному давлению пара при двух или более температурах. Летучие жидкости — это жидкости с высоким давлением пара, которые легко испаряются из открытого контейнера; нелетучие жидкости имеют низкое давление пара. Когда давление пара равно внешнему давлению, внутри жидкости образуются пузырьки пара, и она закипает.Температура, при которой вещество закипает при давлении 1 атм, равна его нормальной точке кипения .

Авторы и авторство

Как температура влияет на барометрическое давление?

Термин «атмосферное давление» является синонимом термина «давление воздуха» при описании условий в атмосфере и может также называться атмосферным давлением. Как и все вещества, воздух состоит из молекул. Эти молекулы обладают массой и подвержены действию силы тяжести Земли.Давление воздуха — это вес молекул воздуха, давящих на вас. Жители поверхности Земли несут на себе вес всех молекул воздуха в атмосфере. На больших высотах давление воздуха уменьшается, потому что меньше молекул воздуха, давящих сверху вниз, по сравнению с давлением воздуха на уровне моря.

Измерение давления воздуха

Барометрическое давление измеряется в миллибарах (мб), но часто указывается в дюймах, потому что барометры старого типа измеряли высоту столба ртути для обозначения давления воздуха.Нормальное давление воздуха на уровне моря составляет 1013,2 мбар или 29,92 дюйма. Барометр-анероид измеряет давление воздуха путем расширения или сжатия пружин, находящихся в частичном вакууме, в ответ на изменения давления воздуха. В старых ртутных барометрах столб ртути поднимался или опускался в ответ на изменение давления воздуха. Давление воздуха постоянно меняется из-за колебаний температуры, которая связана с плотностью воздуха.

Теплые температуры

Теплый воздух вызывает повышение давления воздуха.Когда молекулы воздуха сталкиваются, они оказывают друг на друга силу. Когда молекулы газа нагреваются, молекулы движутся быстрее, и повышенная скорость вызывает больше столкновений. В результате на каждую молекулу действует большее усилие и увеличивается давление воздуха. Температура влияет на давление воздуха на разных высотах из-за разницы в плотности воздуха. Учитывая два столба воздуха с разными температурами, столб более теплого воздуха будет испытывать такое же давление воздуха на большей высоте, которое измеряется на меньшей высоте в более холодном столбе воздуха.

Cool Temperatures

Холодные температуры вызывают падение давления воздуха. Когда молекулы газа охлаждаются, они движутся медленнее. Уменьшение скорости приводит к меньшему количеству столкновений между молекулами, и давление воздуха уменьшается. Плотность воздуха играет роль в корреляции между температурой и давлением, потому что более теплый воздух менее плотный, чем холодный, что позволяет молекулам иметь больше пространства для столкновения с большей силой. В более холодном воздухе молекулы расположены ближе друг к другу. Близость приводит к столкновениям с меньшей силой и меньшим давлением воздуха.

Погодные индикаторы

Погодные режимы усложняют взаимосвязь между атмосферным давлением и температурой. Метеорологи собирают показания барометра и представляют их на погодных картах буквами «H» и «L», чтобы указать области высокого и низкого давления. Очень низкие температуры могут создавать области с высоким давлением воздуха, потому что холодный воздух имеет большую плотность, а концентрация молекул может повышать давление воздуха. Область с более высоким давлением, H, называется системой высокого давления и обычно имеет более плотную воздушную массу там, где температура воздуха ниже.Эти системы часто приносят более высокие температуры и сухую погоду. Система низкого давления L — это область с менее плотным воздухом и более высокой температурой воздуха. Более низкая концентрация молекул вызывает более низкое давление воздуха в этих областях. Системы низкого давления часто приносят прохладную влажную погоду.

Давление пара — Chemistry LibreTexts

Давление — это средняя сила, которую материал (газ, жидкость или твердое тело) оказывает на поверхность, например стенки контейнера или другие ограничивающие границы. Давление пара или равновесное давление пара — это давление пара в термодинамическом равновесии с его конденсированными фазами в закрытом контейнере.Все жидкости и твердые вещества имеют тенденцию к испарению или возгонке в газообразную форму, а все газы имеют тенденцию конденсироваться обратно в жидкую или твердую форму.

Введение

Когда жидкость находится в замкнутом закрытом контейнере, между жидкостью и ее газовой фазой существует равновесие. Это равновесие существует независимо от температуры внутри контейнера и температуры жидкости. Равновесие существует благодаря тому факту, что некоторые частицы в жидкости, практически при любой температуре, всегда будут иметь достаточно энергии, чтобы избежать внутренних сил сцепления и войти в газовую фазу (рисунок \ (\ PageIndex {1} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): распределение Больцмана показывает, что молекулы в веществе при любой заданной температуре (мера средней кинетической энергии) имеют широкое распределение индивидуальных кинетических энергий. У некоторых из этих отдельных молекул достаточно энергии, чтобы оторваться от жидкости и перейти в газовую фазу.

Давление пара вещества — это давление, которое газообразная часть вещества оказывает на контейнер с указанным веществом.

Кипячение на большой высоте

Тот факт, что давление пара равно внешнему давлению, может стать важным, когда речь идет о температурах кипения на разных высотах.На больших высотах давление ниже, чем на уровне моря, и поэтому жидкости, такие как вода, закипают при более низких температурах. Это означало бы, что приготовление чего-либо в воде займет больше времени по сравнению с приготовлением того же предмета на уровне моря. Обратное также верно, если кипятить воду на высоте ниже уровня моря.

Характеристики давления пара

Давление пара зависит только от температуры и ничего больше. Давление пара жидкости не зависит от количества жидкости в емкости, будь то один литр или тридцать литров; при одинаковой температуре оба образца будут иметь одинаковое давление пара.Давление пара имеет экспоненциальную зависимость от температуры и всегда увеличивается с увеличением температуры (Рисунок 2: Кривые давления пара). Важно отметить, что когда жидкость кипит, давление ее пара равно внешнему давлению. Например, когда вода закипает на уровне моря, давление ее пара составляет 1 атмосферу, потому что внешнее давление также равно 1 атмосфере.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Эта диаграмма показывает общую взаимосвязь между давлением паров вещества и изменением температуры.Обычно давление пара вещества увеличивается с увеличением температуры и уменьшается с уменьшением температуры (т.е. давление пара прямо пропорционально температуре). Эта диаграмма показывает, что эта тенденция верна для различных веществ с разными химическими свойствами.

Изменение давления пара чистого вещества при изменении температуры можно описать с помощью уравнения, известного как уравнение Клаузиуса-Клапейрона:

\ [ln \ dfrac {P_2} {P_1} = \ dfrac {\ Delta H_ {vap}} {R} \ left (\ dfrac {1} {T_1} — \ dfrac {1} {T_2} \ right) \ этикетка {CC} \]

Где:

  • P 1 — парциальное давление жидкости при T 1
  • P 2 — парциальное давление жидкости при T 2

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Если давление пара воды при 293 К равно 17.{0.421} \]

Шаг 4: Чтобы решить для P 2 , мы умножаем обе части уравнения на 17,5 мм рт.

\ [P_2 = 26,7 мм рт. Ст. \]

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Давление паров воды при 298K составляет 23,8 мм рт. При какой температуре давление пара воды составляет 1075 мм рт.

Раствор

Шаг 1. Еще раз это можно решить с помощью уравнения Клаузиуса-Клапейрона. Если мы установим P1 = 23,8 мм рт. Ст., T1 = 298K и P2 = 1075 мм рт.{-1}} \ \ left (\ dfrac {1} {298 K} — \ dfrac {1} {T_2} \ right) \]

Шаг 2: Мы можем решить правую часть уравнения, чтобы получить числовой ответ, и мы можем упростить правую часть уравнения до:

\ [3.81 = (5291,96 КБ) (\ dfrac {1} {298 КБ} — \ dfrac {1} {T_2}) \]

Шаг 3: Дальнейшее упрощение уравнения путем распределения 5291,96 K, получаем:

\ [3.81 = (17.76) — \ dfrac {5291.96K} {T_ {2}} \]

Шаг 4: После вычитания 17,76 с обеих сторон и умножения обеих сторон на T 2 , чтобы выделить член T 2 , мы получаем:

\ [-13.95T_2 = -5291,96 КБ \]

Шаг 5: Решая для T 2 получаем:

\ [T_2 = 383K \]

* Примечание. В этом ответе могут быть небольшие отклонения, если вы попытаетесь решить эту проблему. Округление в этой задаче дает относительно большую разницу в мм рт. Ст. (10-20 мм рт. Ст.).

Давление пара растворов: закон Рауля

Хотя уравнение Клаузиуса-Клапейрона полезно для описания поведения давления пара чистого вещества, оно не совсем помогает нам, когда нам нужно описать давление пара раствора, состоящего из двух или более разных жидкостей с разным давлением пара, что вот где вступает в действие закон Рауля.Закон Рауля:

\ [\ displaystyle P_ {total} = \ sum_ {i} P_ {i} X_ {i} \ label {Rlaw} \]

Где P i — давление пара этого конкретного вещества, а X i — соответствующая мольная доля этого вещества. «i» — это компонент индексации, который отслеживает каждое вещество в растворе.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Закон Рауля используется для расчета давления пара растворов с двумя или более веществами в нем.Общее давление пара зависит от давления пара отдельных компонентов и их соответствующих мольных долей.

По сути, закон Рауля гласит, что давление пара раствора с двумя или более компонентами прямо пропорционально давлению пара каждого компонента и их соответствующим количествам в растворе (рис. 3). Однако закон Рауля используется для описания решений, которые по сути являются идеальными решениями, то есть предполагается, что между компонентами решения нет взаимодействий.Если решение неидеально, оно будет отклоняться от отношения, описанного законом Рауля.

Пример \ (\ PageIndex {3} \)

Раствор состоит из 0,5000 моль H 2 O, 1 000 моль этанола и 2 000 моль ацетальдегида при 293 К. Каково полное давление паров этого раствора? Парциальные давления этих веществ при 293 К составляют соответственно 18 мм рт. Ст., 67,5 мм рт. Ст. И 740 мм рт. Ст. (Предположим, что жидкости смешиваются однородно).

Раствор

Шаг 1: Рассчитайте мольные доли (моли каждого вещества, деленные на общее количество молей) каждого вещества в растворе.

\ [X_ {вода} = 0,5000 / 3,500 = 0,143 \]

\ [X_ {этанол} = 1.000 / 3.500 = 0,286 \]

\ [X_ {ацетальдегид} = 2.000 / 3.500 = 0,571 \]

Шаг 2: Подставьте все значения и решите для P итого

\ [P_ {total} = (18 мм рт. Ст.) (0,143) + (67,5 мм рт. Ст.) (0,286) + (740 мм рт. Ст.) (0,571 мм рт. Ст.) \]

\ [P_ {total} = 444,4 мм рт. Ст. \]

Пример \ (\ PageIndex {4} \)

Раствор состоит только из воды и этиленгликоля и имеет температуру 293 К.Мольная доля воды в этом растворе составляет 0,379, а давление водяного пара при этой температуре составляет 18 мм рт. Ст. (Предположим, что вода и этиленгликоль смешиваются гомогенно). Общее давление паров этого раствора составляет 9,15 мм рт. Рассчитайте давление пара чистого этиленгликоля при этой температуре.

Раствор

Шаг 1: Поскольку этот раствор состоит только из воды и этиленгликоля, мы можем легко вычислить мольную долю этиленгликоля в этом растворе, вычитая мольную долю воды из 1.

\ [X_ {этиленгликоль} = 1 — 0,379 = 0,621 \]

Шаг 2: Когда у нас есть мольная доля этиленгликоля, у нас есть все необходимое для определения парциального давления чистого этиленгликоля при 293 К, используя закон Рауля:

\ [9,15 = (18 мм рт. Ст.) (0,379) + (P_ {этиленгликоль}) (0,621) \]

Решая для \ (P_ {этиленгликоль} \), получаем:

\ [P_ {этиленгликоль} = 3,75 мм рт. Ст. \]

Закон Генри

Как уравнение Клаузиуса-Клапейрона (Equation \ ref {CC}), так и закон Рауля (Equation \ ref {Rlaw}) описывают жидкости без каких-либо значительных растворенных веществ.Итак, что произойдет, если жидкость содержит нелетучие растворенные вещества, другими словами, растворенные вещества, которые не испаряются, а просто остаются в растворе? Будет ли давление пара жидкости увеличиваться или уменьшаться? Оказывается, наличие нелетучих растворенных веществ в жидкости снижает давление пара в жидкости, потому что растворенные вещества будут мешать пути молекул высокоэнергетической жидкости к поверхности, чтобы свободно переходить в газовую фазу. Примером нелетучего растворенного вещества в жидкости может быть глюкоза в воде (Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): закон Генри).

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Закон Генри может проиллюстрировать взаимосвязь между парциальным давлением растворителя и концентрацией растворенного в нем нелетучего растворенного вещества. По мере увеличения концентрации нелетучего растворенного вещества парциальное давление растворителя снижается. Закон

Генри может также использоваться для описания парциального давления летучего растворенного вещества в жидкости как функции его концентрации в жидкости. Примером этого может быть кислород или углекислый газ в газировке.Закон Генри следующий:

\ [C = (K_ {H}) P_ {gas} \]

Где P — парциальное давление либо летучего растворенного вещества, либо растворителя с нелетучим растворенным веществом в нем, а C — растворимость летучего растворенного вещества или концентрация растворителя с нелетучим растворенным веществом в нем. K H — это постоянная Генри, различающаяся для разных веществ, температура и разные единицы измерения.

Пример \ (\ PageIndex {5} \): приложение закона Генри

Предположим, что температура 273 К и давление CO 2 равно 3.6 атм, растворимость CO 2 в воде составляет 24,8 мл CO 2 на литр. Какова молярность насыщенного водного раствора, когда CO 2 находится под нормальным парциальным давлением в воздухе 0,000395 атм.

Шаг 1: Нам нужно рассчитать константу Генри для CO 2 , когда парциальное давление CO 2 составляет 3,6 атм. Для этого сначала необходимо рассчитать молярность CO 2 при следующих условиях:

\ [Молярность = \ dfrac {0.{-1} * 0,000395атм = 1,22 M CO_2 \]

«Изгибы»

Одним из наиболее эффективных способов использования закона Генри является вычисление различной растворимости газов в растворах при различных давлениях. Одним из примеров этого является то, что в просторечии называется «изгибами» (по-научному это декомпрессионная болезнь). Когда дайверы погружаются под воду, они подвергаются гораздо более высокому давлению, чем на уровне моря, поэтому их кровь гораздо более растворима для газов, и поэтому гораздо большее количество газов, таких как азот, растворяется в крови.Если ныряльщики слишком быстро поднимутся на поверхность, эти газы будут вытеснены из растворенной формы и образуют пузырьки в кровеносных сосудах. Эти пузырьки газа могут вызвать лопание кровеносных сосудов, вызывая сильную физическую боль и серьезные проблемы со здоровьем. Чтобы избежать этого, дайверы медленно поднимаются с больших глубин, чтобы их тела могли вытеснить посторонний газ через легкие и позволить количеству газа в крови уравновеситься с внешним давлением. Таким образом, дайверы могут избежать образования пузырьков газа в кровеносных сосудах и, как следствие, травм.

Проблемы

Давление пара воды при 283 К составляет 9,2 мм рт. Ст., При какой температуре давление пара воды составляет 546 мм рт.

  1. При 393 К давление пара воды составляет 1489 мм рт. каково давление пара воды при 343 К?
  2. Парциальное давление раствора 34,93 мм рт. Этот раствор состоит из химического вещества А и химического вещества Б. Парциальное давление химического вещества А составляет 24,5 мм рт. Ст., А его мольная доля составляет 0,145. Какое парциальное давление химического вещества B?
  3. Парциальное давление

  4. Chemical A составляет 35.5 мм рт. Ст., А парциальное давление химического вещества B составляет 895,5 мм рт. Их мольные доли составляют 0,79 и 0,21 соответственно. Каково парциальное давление гомогенного раствора химического вещества A и химического вещества B?
  5. Предположим, что при 273 K и давлении O 2 , равном 4,7 атм, растворимость CO 2 в воде составляет 79,6 мл CO 2 на литр. Какова молярность насыщенного водного раствора, когда CO 2 находится под нормальным парциальным давлением в воздухе 0,21 атм.

Ответы

  1. 364K
  2. 233.7 мм рт. Ст.
  3. 36,7 мм рт. Ст.
  4. 216,1 мм рт. Ст.
  5. 0,000159 M O 2

Список литературы

  1. Петруччи и др. Общая химия: принципы и современные приложения; Девятое издание. Пирсон / Прентис Холл; Аппер-Сэдл-Ривер, Нью-Джерси 07.
  2. Brown, et al. Химия: центральная наука; Издание десятое. Пирсон / Прентис Холл; Нью-Джерси 2005.
  3. Wilmhurst PT, Byrne JC и MM Webb-Peploe. «Взаимосвязь между шунтом и декомпрессионной болезнью у дайверов.»Ланцет» (1989). Интернет. 27 февраля 2010 г.

Авторы и авторство

  • Шуян (Скотт), Лю (UCD), Кэролайн Тран

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.