Meghatározása egyetemes gázállandó 1

Célkitűzés: Annak vizsgálata kísérleti egyetemes gázállandó szivattyúzási módszer.

Az egyetemes gázállandó R lehet meghatározni egyenletből (1,7) Mengyelejev-Clapeyron

. (1,26)
ahol p - nyomás; V - térfogata; m - tömeg; m - a moláris tömege a gáz.

Figyelembe véve egyenlet (1.26) a két tömege m1 és m2 ugyanannak a gáz alatt ugyanazon a T hőmérsékleten, és a térfogat V. megkapjuk kifejezéseket az egyetemes gázállandó:

Ha meghatározzuk a p1 nyomás és a hőmérséklet a T egy gáztömeg m1. mennyiség az edényben található V., majd a változás gáz tömege m2 (például szivattyúzás a gáz), és újra meghatározzuk a fennmaradó gáz nyomás p2. úgy a (1-27) lehet számítani az egyetemes gázállandó R.

M1 kezdeti tömege gáz lehet képlettel számítjuk ki:

ahol V0 - mennyisége a kinyert gáz.

Ezután a tömege a fennmaradó gáz a tartályban

Behelyettesítve az utolsó kifejezés a (1.27), kapjuk:

A kísérletet végzünk a növény (ábra. 1.9), amely a C tartályhoz (üreges fémhenger), amelynek három csap. Egy terminál van csatlakoztatva egy fecskendő W, a második - micromanometer M, és van forrasztva a harmadik érintse meg a K, közlekedőedény az atmoszférával. Mozgó a dugattyú a fecskendő, lehet szivattyúzni ki az edény néhány térfogat V0 légtömeg és a változó a légnyomás abban. Nyomás változások a C tartályt rögzített micromanometer amelynek skála beosztással milliméterben vízoszlop.

Az, hogy a teljesítmény

1. szelepek nyitásával, a dugattyú a fecskendőben szállít a kezdeti (nulla) helyzetbe. Crane zárva.

2. Az ütköző micromanometer nyíl nullára.

3. A dugattyú mozgatásához a fecskendőben, kiszivattyúzását levegőt a hajó C. A levegő térfogata evakuált V0 rekord az 1.2.

4. Határozza meg a micromanometer nyomás p2. írva a táblázatban.

5. Ismételje háromszor n 1 -. 4.

6. Írja a hőmérő táblázat (a levegő hőmérséklete a laboratóriumban - T), és a légköri (légköri nyomáson - p1).

A mérési eredmények feldolgozása

1. A képlet szerint (1,28) kiszámításához az egyetemes gázállandó számára
Minden egyes kísérlet fordítására valamennyi értékével SI.

2. Számítsuk ki az átlagos érték az egyetemes gázállandó.

3. Hasonlítsa össze a kapott érték az egyetemes gázállandó az asztalra. A következtetés a munkát.

Ellenőrző kérdések és feladatok

2. Adja meg az egység egyetemes gázállandó R SI.

3. Vedd alapegyenletének molekuláris kinetikus elméletét ideális gázok (ICB) és a kimeneti ebből Mengyelejev-Clapeyron egyenlet.

4. Magyarázd meghatározásának módja az egyetemes gázállandó R ebben a munkában.

2. Szállítás jelenségek a termodinamikailag

Típusú közlekedési folyamatok

A korábbi fejezetekben már úgy csak az egyensúlyi tulajdonságait az anyag vagy termodinamikai folyamatok kvázistatikusan (azaz nagyon lassan) át a rendszer egyik egyensúlyi állapotból a másikba. Nem tartják magukat a folyamatok átmenet egyik állapotból a másikba. Az izolált rendszerben makroszkopikus egyensúlyi állapot jellemzi egyenletes eloszlása ​​sűrűségű (koncentráció) az anyag, a hőmérséklet és a hiánya rendezett mozgása gáz vagy folyadék. Rendszer egy inhomogén eloszlása ​​a paramétereket (sűrűség, hőmérséklet, stb) egyensúly felé tolódik, vagyis, hogy egy állam jellemzi ezeket a paramétereket állandóságát időben és a hiányzó áramlik (a szabályos mozgását a gázmolekulák vagy folyadék). Ezt a folyamatot nevezik a pihenést. igazítás folyamatok kísérik átadása számos fizikai változók (tömeg, lendület, energia), és ezért nevezzük transzport jelenségek. gyorsítsa egyensúlyi rendszer egyensúlyi közelítése társítani kell a gradienseket a megfelelő paramétereket az állam 1. A kísérlet igazolja, ebben a helyzetben, amely lehetővé teszi, hogy leírja a diffúziós jelenségeket (összehangolás sűrűségű vagy koncentráció miatt anyagátadási az ömlesztett), hővezető (a hőmérséklet-kiegyenlítést származó hőenergia átadása térfogata a részecskék véletlenszerű mozgás) és a viszkozitás (összehangolás rétegek eltérő sebességgel a folyadék miatt át a folytonos közeg részecske lendületet).

1 Ha egy skaláris érték Egy egyenlőtlenül oszlik térben, a sebesség (sebesség) változási ezt az értéket a kiválasztott irányba jellemzi gradiens.

A gradiens magnitúdó () - vektor irányított minden pontján gyors növekedése irányába ezt a mennyiséget, és számszerűen egyenlő a változás A egységnyi hossza ebben az irányban. Ha az érték egy a változások csak az egyik irányban (Ox), a modulus a gradiens:

Során dt keresztül a betéten, merőlegesen a szállítási irányra (x) egy fizikai mennyiség kerül át dB (tömeg, lendület, energia) határozza meg a következő egyenlet:

ahol a - együtthatója arányosság az úgynevezett együttható. ² ²-jel azt mutatja, hogy az irányt a növekvő nagysága és iránya értékátviteli az ellenkező, vagyis mindig van szállítani felé kopás értéke A.

A törvények anyagátadási, az energia és a lendület az alapja az elmélet a visszafordíthatatlan folyamatokat. vagy fizikai kinetikája. Mielőtt ismeri a törvényeket fizikai kinetikája, bemutatjuk a kinematikai jellemzők írják le mozgását molekulák a közegben.

Az ütközések száma és

szabad úthossza a molekulák

Gáz molekulák a folytonos kaotikus mozgások, ütköznek egymással. Az átlagos ütközések száma áZ ñ időegység alatt, és mi az átlagos hossza az út a molekula ál ñ egy ütközés a másikra? A minimális távolság, amely közelebb a molekulák, molekula úgynevezett tényleges átmérője (d). Ez attól függ, a sebesség az ütköző molekulák, és így a gáz hőmérsékletét.

hogy meghatározza a áZ ñ képzelni egy ilyen egyszerűsített modell egy molekula formájában egy labdát egy d átmérőjű. ami mozog a többi „befagyott” molekulákat. Ez a molekula a találkozás csak azok a molekulák, amelyek középpontjai található a parttól kisebb vagy egyenlő, mint a d (ábra. 2.1). El lehet képzelni, hogy sor kerül egy olyan régióban, amely úgy van kialakítva, hogy közel legyen a henger. A V térfogata a henger átlagos száma molekulák egyenlő egy második ütközés

Figyelembe véve a mozgás a többi molekulák, a

majd az átlagos szabad úthossz fordítottan arányos a molekulák koncentrációja

Normális körülmények között, ál ñ = 7 × 10 -8 m. A hossza a szabad úthossza molekulák kísérletileg meghatározott tanulmányozásával transzport jelenségek gázokban.

fizikai törvények kinetikai

Diffúzió. A diffúziós transzfer megfigyelt mind a homogén és heterogén gáz. Az eredmény egy olyan fokozatos keveredését tömegének gáz, gáz anyagátadási. A kémiailag tiszta gázok állandó hőmérsékleten a diffúzió miatt egyenetlen sűrűségű különböző részein a gáz térfogata. diffúziós jelenség kémiailag tiszta gáz engedelmeskedik Fick törvény:

tömegáram sűrűsége az anyag. áthaladó egységnyi területe arányos a diffúziós együttható (mért m 2 / s), - egy sűrűség gradiens, egyenlő a változási sebességének sűrűség egységnyi hosszúság x. A mínusz jel azt jelzi, hogy anyagátadási előfordul irányába csökkenő sűrűségű. A diffúziós együttható számszerűen egyenlő a tömegáram sűrűség gradiens sűrűsége egyenlő egységét. Szerint a gázok kinetikus elméletét:

Mivel a közepes szabad úthossza a molekulák fordítottan arányos a molekula koncentráció n [cm. (2.4)], és a nyomás p értéke nagyobb, a nagyobb n. A diffúziós együttható fordítottan arányos a gáz nyomása.

Viszkozitását. A mechanizmus a belső súrlódás rétegek között a párhuzamos gáz vagy folyadék, ami mozog egymáshoz képest különböző sebességgel, az, hogy mivel a véletlenszerű hőmozgás molekulák kerülnek kicserélésre a rétegek. Ennek eredményeként, lendület réteg mozgó gyorsan csökken, és lassan - növekszik, ami inhibíciós réteg gyorsabban mozog, a gyorsulás és a réteg lassan.

Az erőssége a belső súrlódás rétegek között a gáz (folyadék) engedelmeskedik

h - a dinamikus viszkozitás. együttható vagy az belső súrlódás vagy viszkozitást; dv / dx - a sebességgradiens, a sebességet jelző változás mértéke az x irányban. amely merőleges a mozgás irányát a rétegek; S - a terület, amelyen az erő F.

Kölcsönhatása két réteg szerinti Newton második törvénye lehet tekinteni, mint a folyamat, amelynek egy impulzust változást egy rétegben képest a többi időegység alatt egyenlő modulo ható minden réteg a szilárdság. Aztán a lendület fluxus

A mínusz jel arra utal, hogy a lendület át az irányt csökkenő sebesség.

Dinamikus viszkozitás h számszerűen egyenlő a lendület fluxussűrűség sebességgel gradiens egyenlő egységét, és kiszámítása a következő képlettel:

R Mivel a sűrűség egyenesen arányos a p nyomás. és az átlagos szabad úthossz ál ñ fordítottan arányos a nyomással, a belső súrlódási együttható független a nyomástól. Ez elsősorban természete határozza meg a vegyi anyagok és a hőmérséklet.

Newton belső súrlódás használunk, például a származtatása ún Poiseuille formula. meghatározzuk a V térfogata egy viszkózus folyadék, amely forgalom a t idő keresztül a cső sugara r és L hosszúságú, a nyomáskülönbség a széleken a cső, az egyenlő # 916; p:

Hővezető. A gázok, hőátadás történik a melegített rész hőmérsékletű T1 T2 hőmérsékletre hideg. Transzfer teplaosuschestvlyaetsyavsledstvie állandó ütközések molekulák nagy mozgási energia a molekulák, amelynek energiája kisebb. Fokozatosan a folyamat összehangolása az átlagos kinetikus energia a molekulák. átadása az energia hő formájában kötött Fourier-törvény

- hőáramsűrűség; L-hővezetési együttható; hőmérséklet-gradiens. egyenlő az arány a hőmérséklet-változás egységnyi hosszúság x merőleges irányban, hogy a telek. A mínusz jel jelzi, hogy a energia adódik át, amikor a hővezető képessége irányába csökkenő hőmérséklet.

ahol cv - gáz fajhő állandó térfogaton (a hőmennyiség melegítéséhez szükséges a gáz 1 kg per 1 K állandó térfogaton). Hővezetési együtthatója l mérjük W / (m × K).

Tehát a jelenség a gázok diffúziója, viszkozitás és hővezető sok közös:

1) Mindezek a jelenségek által okozott transzfer: diffúziós jelenség - anyagátadási, hővezetés jelenség - energia transzfer, a jelenség a viszkozitás - az átviteli impulzus;

2) Minden jelenség kíséri a szórás az energia;

3) a mechanizmus mind a három jelenség fontos szerepet játszik az átlagos szabad úthossz ál ñ.

Hasonlítsa össze a követeléseket, amelyek leírják transzport jelenségek (lásd 2.1. Táblázat). A képletek származó egyszerű összefüggés L, D és H: