constanta universală a gazelor Determinarea 1

Obiectiv: Pentru a determina experimental metoda de pompare constanta universală a gazelor.

gaz universal constantă R poate fi determinată din ecuația (1.7) Mendeleev-Clapeyron

. (1.26)
unde p - presiunea; V - volum; m - masa; m - masa molară a gazului.

Luând în considerare ecuația (1.26) pentru cele două mase m1 și m2 de același gaz sub aceeași temperatura T și volumul V. obținem expresii pentru constanta universală a gazelor:

Dacă definim p1 presiunea și temperatura T pentru o m1 masa gazului. Volumul conținut în V. vasul și apoi se schimbă la m2 masa de gaz (de exemplu, pomparea gazului) și din nou determina p2 presiunii gazului rămas. atunci formula (1-27) se poate calcula gazul universal constant R.

M1 masa inițială a gazului poate fi calculat cu formula

unde V0 - volumul gazului de recuperat.

Apoi, masa gazului rămas în container

Substituind ultima expresie în (1.27), obținem:

Experimentul este realizat pe planta (fig. 1.9), constând dintr-un container C (cilindru metalic tubular) având trei pini. Un terminal este conectat la o seringă W, al doilea - Micromanometru cu M, și este lipit pe al treilea robinet K, vase comunicante cu atmosfera. Deplasarea pistonului seringii, poate fi pompat în afara vasului cu unele masă de aer volum V0 și modificarea presiunii aerului în acesta. Schimbările de presiune în containerul C este fixat micromanometru a cărui scală este gradat în milimetri coloană de apă.

Ordinea de performanță

1. Prin deschiderea supapei, pistonul în seringă pentru a livra la poziția inițială (zero). Crane închis.

2. O săgeată detentei micromanometru setat la zero.

3. Prin deplasarea pistonului în seringă, pompa de aer din vasul C. Volumul de aer evacuat în evidență V0 Tabelul 1.2.

4. Se determină prin p2 presiune micromanometru. scris în tabel.

5. Se repetă de trei ori n 1 -. 4.

6. Scrierea în tabelul termometru (temperatura aerului in laborator - T) și barometrică (presiunea atmosferică - p1).

Prelucrarea rezultatelor măsurătorilor

1. Conform formulei (1.28) pentru a calcula constanta universală a gazelor pentru
fiecare experiment, traducerea toate valorile sale în SI.

2. Se calculează valoarea medie a constantei universală a gazelor.

3. Comparați valoarea obținută este constanta universală a gazelor cu masa. O concluzie cu privire la activitatea desfășurată.

întrebări de control și sarcini

2. Specificați unitățile universal constant R gaz în SI.

3. Notați ecuația de bază teoria cinetică moleculară a gazelor ideale (LCI) și de ieșire din aceasta ecuatie Mendeleev-Clapeyron.

4. Explicați metoda de determinare a gazului universal constantă R în această lucrare.

2. Fenomene de transport în termodinamic

Tipuri de procese de transport

În capitolele anterioare, am considerat doar proprietățile de echilibru ale substanței sau proceselor termodinamice care cvasistatic (adică foarte încet) transferă sistemul de la o stare de echilibru la altul. Noi nu se considerau procesele de tranziție de la un stat la altul. Într-un sistem izolat stare de echilibru macroscopică se caracterizează printr-o distribuție uniformă a densității (concentrație) a substanței, temperatura și absența unei mișcări ordonate a gazului sau lichid. Sistem cu o distribuție neomogenă a parametrilor (densitate, temperatură, etc.) va tinde spre echilibru, adică la o stare caracterizată prin acești parametri constanță în timp și lipsa curge (mișcarea ordonată a moleculelor de gaz sau lichid). Acest proces se numește relaxare. procesele de aliniere sunt însoțite de transferul unui număr de variabile fizice (masă, impuls, energie) și, prin urmare, sunt numite fenomene de transport. viteza sistemului neechilibru la echilibru aproximarea trebuie asociată cu gradientii parametrilor respectivi ai stării 1. Experimentul confirmă această poziție, care permite descrierea fenomenelor de difuzie (densitatea de aliniere sau concentrației datorate transferului de masă în cea mai mare parte), conductivitatea termică (la egalizarea temperaturii care rezultă din volumul de transfer de energie termică mișcare aleatorie a particulelor) și viscozitatea (straturi de aliniere ale diferitelor viteze ale fluidului datorită transferului de impuls continuu medie a particulei).

1 Dacă o valoare A scalar este distribuită inegal în spațiu, viteza (rata) de schimbare a acestei valori, în direcția aleasă caracterizează gradientului.

O magnitudine de gradient () - un vector îndreptat la fiecare punct de creștere rapidă în direcția acestei cantități, și numeric egală cu variația O lungime pe unitate în această direcție. Dacă valoarea A se schimba numai de-a lungul o singură direcție (Ox), modulul gradientului:

In timpul dt prin pad, perpendicular pe direcția de transport (x) a unei cantități fizice va fi mutat dB (masă, impuls, energie) este definită de ecuația:

în cazul în care un - coeficient de proporționalitate se numește coeficientul de transfer. ²-² semn indică faptul că direcția de creștere magnitudine și direcție Un transfer de valoare în direcția opusă, adică există întotdeauna transporta spre valoarea de uzură A.

Legile transferului de masă, energie și impuls ca bază pentru teoria proceselor ireversibile. sau cinetică fizice. Înainte de a cunoaște legile cineticii fizice, introducem caracteristicile cinematice care descriu mișcarea moleculelor în mediu.

Numărul de coliziuni și

calea medie liberă a moleculelor

Moleculele de gaz sunt în mișcarea haotică continuă, se ciocnesc unele cu altele. Este numărul mediu de coliziuni áz ñ pe unitatea de timp, și ceea ce este lungimea medie a căii moleculei áL ñ de la o coliziune la alta? Distanta minima care se poate muta mai aproape moleculele, o molecula numita un diametru efectiv (d). Aceasta depinde de viteza moleculelor coliziune, și astfel temperatura gazului.

pentru a determina áz ñ ne imaginăm un astfel de model simplificat al unei molecule sub forma unei bile cu diametrul d. care se mută la alte molecule „înghețate“. Această moleculă se va întâlni doar acele molecule ale căror centre sunt situate la o distanță egală sau mai mică decât d (fig. 2.1). Se poate imagina că va avea loc într-o regiune care este configurată pentru a fi aproape de cilindru. volumul V al numărului mediu cilindru de molecule este egal cu a doua coliziune

Luând în considerare mișcarea restului moleculelor,

apoi drumul liber este invers proporțională cu concentrația moleculelor

În condiții normale, áL ñ = 7 x 10 -8 m. Lungimea medie a căii libere de molecule poate fi determinată experimental prin studierea fenomenelor de transport în gaze.

Legile cinetică fizice

Diffusion. În difuzie transferului observat gaz atât omogene și eterogene. Rezultatul este o amestecare treptată a masei, transferului de masă gaz gaz. Gazele chimic pure, la temperatura constanta de difuzie apare datorită densității inegale în diferite părți ale volumului de gaz. Fenomenul de difuzie pentru gaz chimic curat se supune legii lui Fick:

Densitatea fluxului de masă a substanței. care trece printr-o unitate de suprafață este proporțională cu coeficientul de difuzie (măsurată în m2 / s), - un gradient de densitate, egală cu viteza de variație a densității pe unitatea de lungime x. Semnul minus indică faptul că transferul de masă are loc în direcția scăderii densității. Coeficientul de difuzie este numeric egală cu masa de densitate de curgere în gradient de densitate egală cu unitatea. Conform teoriei cinetice a gazelor:

Deoarece drumul liber al moleculelor este invers proporțională cu concentrația moleculară n [cm. (2.4)] și presiunea p este mai mare cu atât mai mare n. coeficientul de difuzie este invers proporțională cu presiunea gazului.

Vâscozitate. Mecanismul de frecarea internă între straturi de gaz paralele sau lichid, care se deplasează una în alta la viteze diferite, este că, datorită mișcării termice aleatoare a moleculelor sunt schimbate între straturi. Ca rezultat, strat impuls în mișcare scade rapid, și se deplasează încet - crește, ceea ce duce la stratul de inhibare se deplasează accelerare mai rapidă și stratul se deplasează încet.

Rezistența frecarea internă între straturi de gaz (fluid) se supune

h - viscozitatea dinamică. Coeficientul sau frecare internă sau vâscozitate; DV / dx - gradientul vitezei, ilustrând viteza de viteza de schimbare în direcția x. care este perpendicular pe direcția de deplasare a straturilor; S - suprafața pe care forța F.

Interacțiunea dintre cele două straturi, conform legii a doua a lui Newton poate fi considerată ca fiind procesul prin care o schimbare de impulsuri într-un singur strat în raport cu celălalt pe unitatea de timp este modulo egal care acționează pe fiecare strat de putere. Apoi, densitatea de impuls de flux

Semnul minus indică faptul că impulsul este transferat în direcția de viteză descrescătoare.

Viscozitatea dinamică h este numeric egală cu densitatea impulsului de flux la un gradient de viteză egală cu unitatea, și se calculează cu formula:

R Deoarece densitatea este direct proporțională cu presiunea p. și drumul liber áL ñ invers proporțională cu presiunea, coeficientul de frecare internă este independent de presiune. Aceasta este determinată în principal de natura substanțelor chimice și a temperaturii.

legea lui Newton de frecare internă este utilizată, de exemplu, derivarea așa-numita formula Poiseuille. determinarea volumului V al unui lichid vâscos, care curge timpul t prin raza țevii r și lungimea l a diferenței de presiune la marginile tubului, egal # 916; p:

Conductivitatea termică. In gazele, transferul de căldură are loc din porțiunea încălzită cu o temperatură T1 la o temperatură T2 cu rece. Se transferă teplaosuschestvlyaetsyavsledstvie coliziuni constante ale moleculelor cu energie cinetică ridicată a moleculelor, a căror energie este mai mică. Treptat procesul de aliniere a energiei cinetice medii a moleculelor. transferul de energie sub formă de căldură este supusă legii lui Fourier

- densitatea fluxului termic; Coeficientul de conductivitate l termic; temperatură gradient. egală cu viteza de variație a temperaturii pe unitatea de lungime x într-o direcție normală la acel site. Semnul minus indică faptul că energia este transferată atunci când o conductivitate termică în direcția de scăderea temperaturii.

unde cv - gaz căldura specifică la volum constant (cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea gazului de 1 kg per 1 K la volum constant). Coeficientul de conductivitate termică l este măsurată în W / (m × K).

Deci, în fenomenul de difuzie a gazelor, viscozitate și conductivitate termică au multe în comun:

1) Toate aceste fenomene sunt cauzate de transferul: fenomenul de difuzie - transfer de masă, fenomenul de conducție a căldurii - transfer de energie, fenomenul vâscozității - impulsului de transfer;

2) Toate fenomenele sunt însoțite de împrăștierea de energie;

3) în mecanismul de toate cele trei fenomene joacă un rol important drumul liber áL ñ.

Comparați revendicările care descriu fenomene de transport (vezi Tabelul 2.1.). Din formulele derivate relație simplă între l, D și h: