Los gases tienen una serie de propiedades que los hacen indispensables en una gran cantidad de dispositivos técnicos.
El gas es un amortiguador. La alta compresibilidad y ligereza del gas, la capacidad de regular la presión, lo convierten en uno de los amortiguadores más avanzados utilizados en varios dispositivos.
Así funciona un neumático de coche o de bicicleta. Cuando la rueda golpea un tubérculo, el aire del sinfín se comprime y el empuje recibido por el eje de la rueda se suaviza significativamente (Fig. 35). Si el neumático fuera rígido, el eje saltaría hasta la altura del tubérculo.
El gas es el fluido de trabajo de los motores. La alta compresibilidad y la fuerte dependencia de la presión y el volumen de la temperatura hacen del gas un fluido de trabajo indispensable en motores que funcionan con gas comprimido y en motores térmicos.
En los motores que funcionan con gas comprimido, como el aire, el gas, al expandirse, trabaja a una presión casi constante. El aire comprimido, que ejerce presión sobre el pistón, abre las puertas de autobuses y trenes eléctricos. El aire comprimido acciona los pistones de los frenos neumáticos de vagones y camiones. Martillo neumático y otros. herramientas neumáticas puesto en marcha aire comprimido. Incluso en naves espaciales Hay pequeños motores a reacción que funcionan con gas comprimido: helio. Orientan el barco de la forma deseada.
Los motores de combustión interna de automóviles, tractores, aviones y motores a reacción utilizan gases a alta temperatura como fluido de trabajo que impulsa el pistón, la turbina o el cohete. Cuando la mezcla combustible se quema en el cilindro, la temperatura aumenta bruscamente a miles de grados, la presión sobre el pistón aumenta y el gas, al expandirse, trabaja a lo largo de la carrera de trabajo del pistón (Fig. 36).
Sólo el gas puede utilizarse como fluido de trabajo en los motores térmicos. Calentar líquido o sólido a la misma temperatura que el gas provocaría sólo un ligero movimiento del pistón.
Cualquier arma de fuego es esencialmente un motor térmico. La fuerza de presión de los gases, productos de la combustión de explosivos, empuja una bala fuera del cañón o un proyectil fuera del cañón de un arma. Y es importante que esta fuerza actúe a lo largo de todo el canal. Por tanto, la velocidad de la bala y del proyectil es enorme: cientos de metros por segundo.
Gases enrarecidos. La capacidad de expansión ilimitada lleva al hecho de que obtener gases a presiones muy bajas, en estado de vacío, es una tarea técnica difícil. (En estado de vacío, las moléculas de gas prácticamente no chocan entre sí, sino solo con las paredes del recipiente)
Las bombas de pistón convencionales se vuelven ineficaces debido a la fuga de gas entre el pistón y las paredes del cilindro. Con su ayuda, no es posible obtener una presión por debajo de décimas de milímetro de mercurio. Debe usarse para bombear gases. dispositivos complejos. Actualmente se han conseguido presiones del orden de Pa mmHg. Arte.).
El vacío se necesita principalmente en tubos de vacío y otros dispositivos electrónicos. Colisiones eléctricas
Las partículas cargadas (electrones) con moléculas de gas interfieren con el funcionamiento normal de estos dispositivos. A veces es necesario crear vacío en volúmenes muy grandes, por ejemplo en los aceleradores de partículas.
El vacío también es necesario para fundir metales libres de impurezas, crear aislamiento térmico, etc.
1. ¿Cómo se llama ecuación de estado? 2. Formule una ecuación de estado para una masa arbitraria de un gas ideal. 3. ¿Cuál es la constante universal de los gases? 4. ¿Cómo se relacionan la presión y el volumen de un gas en un proceso isotérmico? 5. ¿Cómo se relacionan el volumen y la temperatura en un proceso isobárico? 6. ¿Cómo se relacionan la presión y la temperatura en un proceso isocórico? 7. ¿Cómo se pueden realizar procesos isotérmicos, isobáricos e isocóricos? 8. ¿Por qué sólo se utilizan gases como fluido de trabajo en los motores térmicos?
El gas ideal es un modelo físico de un gas real, que representa
es una colección de una gran cantidad de puntos materiales, entre los cuales
No hay interacción entre nosotros. Este modelo ignora dos propiedades de un gas real:
1) la presencia de tamaños propios de átomos y moléculas; Ellos cuentan puntos materiales;
2) la presencia de interacción entre partículas (atracción en general
distancias y repulsión en pequeño)
Como consecuencia de estos abandonos Los gases reales obedecen las leyes de los gases ideales sólo cuando:
1) densidades o concentraciones bajas, cuando se pueden despreciar los tamaños de las moléculas y sus interacciones;
2) a temperaturas significativamente superiores a la temperatura de licuefacción del gas, cuando la energía cinética es significativamente mayor que la energía potencial de atracción.
La ecuación de estado de un gas ideal relaciona los principales parámetros termodinámicos del gas..
Se obtuvieron experimentalmente dos ecuaciones de estado para un gas ideal: calórico Y térmico.
La ecuación calórica relaciona la energía interna de un gas con la temperatura:
Dónde Con– constante experimental.
Ecuación térmica – Ecuación de Mendeleev-Clapeyron.
El físico francés B. Clapeyron (1799-1864) obtuvo una ecuación que establece la relación entre presión, volumen y temperatura absoluta de los gases. En la forma de:
Fue utilizado por primera vez por el gran científico ruso D.I. Mendeleev, por eso la ecuación de estado de un gas se llama Ecuación de Mendeleev-Clapeyron.
La ecuación de Mendeleev se puede escribir mediante otros parámetros termodinámicos:
1
Porque 
, Eso 
.
2
Teniendo en cuenta que 
, Eso 
.
3
Por definición de densidad 
, por eso 
.
4
Por definición de concentración. 
, Entonces 
, 
, Entonces:
– ecuación básica de MKT,
Dónde 
– La constante de Boltzmann, que relaciona energía y temperatura.
La ecuacion Mendeleev-Clapeyron Válido sólo para gases ideales.
Ecuación de Mendeleev-Clapeyron para una masa constante de gas se escribirá como:
.
Valor exacto la constante en el lado derecho de esta ecuación depende de la cantidad de gas. Si la cantidad de gas es igual a un mol, entonces la constante correspondiente se indica con la letra R y se llama constante universal de los gases:
.
Esta ecuación se llama ecuación de estado del gas ideal. Fue obtenido en 1834 por el físico e ingeniero francés B. Clapeyron. La constante universal de los gases también se llama constante de los gases:
.
Para cualquier masa de gas, pero constante, de la ecuación Mendeleev-Clapeyron obtenemos una ley generalizada de los gases: la relación entre el producto de la presión y el volumen del gas y su temperatura es un valor constante para una masa de gas constante:
.
proceso isotérmico– el proceso de cambiar el estado de un gas a temperatura constante: Τ = constante. Para ello es necesario poner en contacto con el termostato un recipiente con un pistón lleno de gas, es decir, un cuerpo de masa tan grande que asegura una temperatura constante del gas, incluso cuando desprende o recibe algo de calor del gas.
a temperatura constante se obtiene la dependencia
o 
.
que describe la ley de Boyle-Mariotte: a temperatura constante, masa constante y composición química constante de un gas, el producto de la presión y el volumen es un valor constante.
Las gráficas de la relación entre los parámetros de una masa dada a una temperatura constante se llaman isotermas. En la Fig. 1.1 muestra isotermas en ko
| T2>T1 |
Ley Boyle-Mariotte- una de las leyes fundamentales de los gases, descubierta en 1662 por Robert Boyle (1627-1691) y redescubierta de forma independiente por Edme Mariotte (1620-1684) en 1676.
Es importante aclarar que en esta ley se considera al gas como ideal. De hecho, todos los gases difieren en un grado u otro del ideal. Cuanto mayor sea la masa molar del gas, mayor será esta diferencia.
proceso isobárico– el proceso de cambiar el estado de un gas a presión constante: pag = constante.
En 1802, el físico y químico francés Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) llevó a cabo un estudio cuantitativo de la dependencia del volumen de gas de la temperatura a presión constante.
De la ley generalizada de los gases.
a presión constante se obtiene la dependencia
o 
,
que describe la ley de Gay-Lussac: el volumen de una determinada masa de gas a presión constante y composición química constante es directamente proporcional a la temperatura absoluta.
Gráficos de la dependencia entre los parámetros del gas en masa constante El gas y la presión se llaman isobaras(Figura 1.2).
| página 1 |
| pag |
| t |
| página 1 |
| página 2 |
| V |
| pag |
| página 1 |
| página 2 |
La ley de Gay-Lussac se puede escribir en términos de temperatura. t
,
Dónde V 0 – volumen de gas a 0 °C, α = 1/273 K-1– coeficiente de temperatura de expansión volumétrica, que resultó ser el mismo para todos los gases.
proceso isocórico– el proceso de cambiar el estado de un gas a volumen constante: V = constante. Experimentalmente, la dependencia de la presión del gas de la temperatura a volumen constante fue establecida en 1787 por el físico francés Jacques Charles (1746-1823) y refinada por J.L. Gay-Lussacôme en 1802.
De la ley generalizada de los gases.
a volumen constante se obtiene la dependencia
o 
,
que describe la ley de Charles o segunda ley de Gay-Lussac: la presión de una determinada masa de gas a volumen constante y composición química constante es directamente proporcional a la temperatura absoluta.
La ley de Charles o la segunda ley de Gay-Lussac se pueden escribir en términos de temperatura. t, medido en la escala Celsius:
,
Dónde R 0 – volumen de gas a 0 °C, β = 1/273 K-1– coeficiente de temperatura presión, igual para todos los gases.
| V 1 |
| V |
| t |
| V 1 |
| V 2 |
| V |
| pag |
| página 1 |
| página 2 |
Para explicar las propiedades de la materia en estado gaseoso se utiliza el modelo de los gases ideales. Ideal Se considera gas si:
a) no existen fuerzas de atracción entre las moléculas, es decir las moléculas se comportan como cuerpos absolutamente elásticos;
b) el gas está muy descargado, es decir, la distancia entre las moléculas es mucho más tamaños las moléculas mismas;
V) equilibrio termal en todo el volumen se consigue al instante. Las condiciones necesarias para que un gas real adquiera las propiedades de un gas ideal se cumplen bajo la apropiada rarefacción del gas real. Algunos gases incluso con temperatura ambiente y la presión atmosférica difieren ligeramente de la ideal.
Los principales parámetros de un gas ideal son la presión, el volumen y la temperatura.
Uno de los primeros y éxitos importantes MCT fue una explicación cualitativa y cuantitativa de la presión del gas en las paredes de un recipiente. Cualitativo la explicación es que las moléculas de gas, al chocar con las paredes de un recipiente, interactúan con ellas según las leyes de la mecánica como cuerpos elásticos y transfieren sus impulsos a las paredes del recipiente.
Con base en el uso de los principios básicos de la teoría cinética molecular, se obtuvo la ecuación básica MKT para un gas ideal, que se ve así: pag = 1/3 t 0 pv 2 .
Aquí R - presión de gas ideal, m 0 -
masa molecular, PAG - concentración de moléculas, v 2 - el cuadrado medio de la velocidad molecular.
Al denotar el valor promedio de la energía cinética del movimiento de traslación de las moléculas de gas ideal E k, obtenemos la ecuación básica de MKT de un gas ideal en la forma: pag = 2/3nE k .
Sin embargo, midiendo únicamente la presión del gas, es imposible conocer la energía cinética promedio de las moléculas individuales o su concentración. En consecuencia, para encontrar los parámetros microscópicos de un gas, es necesario medir alguna otra cantidad física relacionada con la energía cinética promedio de las moléculas. Una cantidad así en física es la temperatura. Temperatura - escalar cantidad física, que describe el estado de equilibrio termodinámico (un estado en el que no hay cambios en los parámetros microscópicos). Como cantidad termodinámica, la temperatura caracteriza el estado térmico del sistema y se mide por el grado de desviación de lo que se supone que es cero como cantidad cinética molecular, caracteriza la intensidad del movimiento caótico de las moléculas y se mide; por su energía cinética promedio.
mi k = 3/2 kt, Dónde k = 1,38 10 -23 J/K y se llama Constante de Boltzmann.
La temperatura de todas las partes de un sistema aislado en equilibrio es la misma. La temperatura se mide con termómetros en grados de varias escalas de temperatura. Existe una escala termodinámica absoluta (la escala Kelvin) y varias escalas empíricas que difieren en sus puntos de partida. Antes de la introducción de la escala de temperatura absoluta, la escala Celsius se utilizaba ampliamente en la práctica (el punto de congelación del agua se consideraba 0 °C y el punto de ebullición del agua a presión atmosférica normal se consideraba 100 °C).
2. Corriente eléctrica en soluciones y masas fundidas de electrolitos.. Ley de electrólisis. Aplicación de la electrólisis en la tecnología.
Sustancias que conducen electricidad se llaman electrolitos. Cambiar composición química solución o se derrite cuando una corriente eléctrica lo atraviesa. Provocada por la pérdida o ganancia de electrones por parte de los iones, se llama electrólisis.
Michael Faraday descubrió que al pasar el. corriente a través del electrolito, la masa de sustancia m liberada sobre el electrodo es proporcional a la carga q que pasa a través del electrolito:
m=k*q o m=k*I*t.
La dependencia obtenida por Faraday se llama ley de electrólisis. El coeficiente de proporcionalidad k se llama equivalente electroquímico.
k=1/e*N a * M/n ==> m=1/e*N a * M/n *I *t.
El coeficiente k es numéricamente igual a la masa de la sustancia liberada sobre los electrodos durante la transferencia de carga de 1 C por iones:
k=m/q; [k]=kg/Cl.
El producto de la carga del electrón y el número de Avogadro se llama número de Faraday: 96500 C/mol.
El número de Faraday es carga eléctrica, transferido por una sustancia en una cantidad de 1 mol durante la electrólisis.
EN campo eléctrico Los iones del electrolito comienzan a moverse: los iones positivos se dirigen hacia el cátodo y los iones negativos hacia el ánodo. Esto crea una corriente eléctrica en el electrolito. Cuando los iones positivos y negativos se encuentran, se combinan: recombinación.
Muchos metales se obtienen a partir de sales y óxidos mediante electrólisis. El método electrolítico permite obtener sustancias con una pequeña cantidad de impurezas. Mediante electrólisis se pueden depositar finas capas de metales; estas capas pueden servir para proteger el producto de la oxidación. Este método se llama galvanostegia.
Cuando la corriente pasa durante mucho tiempo, se obtiene una capa gruesa de metal, que se puede separar manteniendo su forma: galvanoplastia. El fenómeno de la electrólisis subyace al principio de funcionamiento de las baterías ácidas y alcalinas, que aprovechan la reversibilidad del proceso de electrólisis.
Lección de 10º grado “Uso de gases en tecnología”
Objetivo: Estudiar las propiedades de los gases y su uso en tecnología.
Objetivos: educativo:
desarrollando:
educativo
durante las clases
Momento organizacional
Examen tarea(prueba)
Organizar el trabajo de los estudiantes en grupos.
Actuación grupal
Tarea
Prueba
1. La cantidad de una sustancia se mide en:
A. moléculas
V. átomos
kilogramos
kg/mol
2. La masa molar es:
A. masa de sustancia
B. masa de un mol de una sustancia
B. peso molecular relativo
G. masa de una molécula (un átomo)
D. cantidad de sustancia
E. 1/12 de la masa de un átomo de carbono
3. La constante de Avogadro es numéricamente igual a:
4. La constante de la ecuación de Clapeyron se llama:
A. Constante de Avogadro
B. Constante de Boltzmann
B. constante universal de los gases
G. temperatura absoluta
D. cantidad de sustancia
E. masa molar
5. Para un proceso isotérmico:
A. a medida que aumenta la presión, el volumen disminuye
B. cuando aumenta la presión, aumenta el volumen
B. la presión y el volumen no cambian
D. cuando la presión disminuye, el volumen disminuye
D. a medida que aumenta la temperatura, aumenta el volumen
E. a medida que aumenta el volumen, la temperatura disminuye
6. La constante de Avogadro es:
A. masa de un mol de una sustancia
B. número de moléculas por unidad de volumen de una sustancia
B. el número de moléculas en un mol de una sustancia
G. constante universal de los gases
D. la relación entre la masa de una sustancia y su masa molar
E. la relación entre el número de moléculas de una sustancia y el número de moléculas en un mol de una sustancia
7. La cantidad de sustancia es igual a la proporción:
A. masa molecular (átomo) a masa molar
B. masa molar a la constante de Avogadro
B. masa de una sustancia relativa peso molecular
G. número de moléculas (átomos) a la constante de Avogadro
D. número de moléculas (átomos) a masa molar
E. masa molecular (átomo) a la constante de Avogadro
La clase se divide en grupos; utilizando los materiales dados, los estudiantes preparan un grupo y lo defienden.
Material para la preparación
Propiedades de los gases
El gas (estado gaseoso) (del holandés gas, se remonta al griego antiguo χάος) es uno de los cuatro estados de agregación de la materia, caracterizado por enlaces muy débiles entre sus partículas constituyentes (moléculas, átomos o iones), así como su alta movilidad. Las partículas de gas se mueven casi libre y caóticamente en los intervalos entre colisiones, durante los cuales se produce un cambio brusco en la naturaleza de su movimiento. El término “gas” también puede definirse como una sustancia cuya temperatura es igual o superior al punto crítico; a dicha temperatura, la compresión del gas no conduce a la formación de un líquido; Ésta es la diferencia entre gas y vapor. A medida que aumenta la presión, el vapor saturado se convierte parcialmente en líquido, pero no en gas.
Se suele denominar vapor al estado gaseoso de una sustancia en condiciones en las que es posible la existencia de una fase líquida o sólida estable de la misma sustancia.
Al igual que los líquidos, los gases tienen fluidez y resisten la deformación. A diferencia de los líquidos, los gases no tienen un volumen fijo y no forman una superficie libre, sino que tienden a llenar todo el volumen disponible (por ejemplo, un recipiente).
El estado gaseoso es el estado de la materia más común en el Universo (materia interestelar, nebulosas, estrellas, atmósferas planetarias, etc.). Por propiedades químicas Los gases y sus mezclas son muy diversos: desde gases inertes poco activos hasta mezclas de gases explosivos. El concepto de "gas" a veces se extiende no sólo a agregados de átomos y moléculas, sino también a agregados de otras partículas: fotones, electrones, partículas brownianas y plasma.
La característica más importante movimiento térmico Moléculas de gas: este es el desorden (naturaleza caótica) del movimiento. La evidencia experimental de la naturaleza continua del movimiento molecular es la difusión y el movimiento browniano.
La difusión es el fenómeno de la penetración espontánea de moléculas de una sustancia en otra. Como resultado de la difusión mutua de sustancias, se produce una igualación gradual de su concentración en todas las áreas del volumen que ocupan. Se ha establecido que la velocidad del proceso de difusión depende del tipo de sustancias y de la temperatura.
Uno de los fenómenos más interesantes que confirma el movimiento caótico de las moléculas es el movimiento browniano, que se manifiesta en forma de movimiento térmico de partículas microscópicas de una sustancia suspendida en un gas. Este fenómeno fue observado por primera vez en 1827 por R. Brown, de quien recibió su nombre. La aleatoriedad del movimiento de tales partículas se explica por la naturaleza aleatoria de la transferencia de impulsos de las moléculas de gas a una partícula con lados diferentes. El movimiento browniano resulta más notorio cuanto más pequeña es la partícula y cuanto mayor es la temperatura del sistema. La dependencia de la temperatura indica que la velocidad del movimiento caótico de las moléculas aumenta al aumentar la temperatura, por lo que se llama movimiento térmico.
Gas como amortiguador
El amortiguador se puede considerar con seguridad el componente más importante de la suspensión de cualquier automóvil. Sin esta pequeña unidad, el viaje sería sencillamente insoportable debido al continuo balanceo vertical de la carrocería. El amortiguador de un automóvil desempeña el papel de una especie de amortiguador, amortiguando las vibraciones de resortes, resortes o barras de torsión. La masa de la carrocería se distribuye sobre los resortes de la suspensión de tal manera que estos últimos se comprimen constantemente en una cierta cantidad dependiendo del peso del vehículo y de la rigidez de los resortes. Por lo tanto, cada rueda del automóvil tiene la capacidad de moverse hacia arriba y hacia abajo con respecto a la carrocería. Debido a esto, el contacto constante de cada rueda con superficie de la carretera independientemente de si la rueda golpea un bache o un agujero. Pero si no hubiera amortiguador, entonces el contacto con la carretera no sería constante debido a las vibraciones de los resortes. Muchos entusiastas de los automóviles probablemente estén familiarizados con la sensación cuando las ruedas de un automóvil comienzan a rebotar al menor golpe e incluso a una velocidad de 30 km/h sienten que el control sobre el automóvil se reduce. Estos síntomas indican un fallo del amortiguador. De todo lo anterior se desprende que el amortiguador sirve para amortiguar las vibraciones excesivas de los resortes y asegurar un contacto constante de las ruedas con la superficie de la carretera. Tipos de amortiguadores Si preguntas a cualquier conductor qué tipos de amortiguadores conoce, la respuesta será algo así: petróleo, gas-oil y gas. Y esto es fundamentalmente erróneo, ya que en absolutamente todos amortiguadores de coche hay aceite u otro líquido (más sobre esto más adelante). Los amortiguadores se pueden dividir más correctamente en petróleo y gas. Y si no tocamos todo tipo de suspensiones neumáticas y ajustables, entonces los amortiguadores vienen en monotubo y doble tubo. Amortiguador de aceite (hidráulico) de doble tubo El amortiguador hidráulico de doble tubo es el más sencillo, el más barato y, lamentablemente, el más inestable. Un amortiguador de doble tubo consta de los siguientes componentes: un cuerpo cilíndrico (depósito); cilindro de trabajo; válvula de avance (compresión) integrada en el cilindro de trabajo; pistón; válvula de retroceso (rebote) integrada en el pistón; existencias; caja El cilindro de trabajo está ubicado en el cuerpo del amortiguador, que también sirve como depósito y se llena con una cierta cantidad de aceite. El pistón está conectado a un vástago y se encuentra en el cilindro de trabajo. El principio de funcionamiento de un amortiguador de este tipo es muy sencillo. Cuando trabaja en compresión, el pistón con la varilla se mueve hacia abajo y desplaza el aceite a través de la válvula de avance desde el cilindro de trabajo hacia el cuerpo del amortiguador. En este caso, el aire situado en la parte superior del depósito está ligeramente comprimido. Durante la operación de rebote, el pistón se mueve en la dirección opuesta y a través de la válvula de retorno transfiere aceite desde la carcasa al cilindro de trabajo. El amortiguador hidráulico tiene una serie de graves desventajas. La principal desventaja es la calefacción. Como se sabe, la amortiguación de una energía da lugar a la aparición de otra, y en un amortiguador las vibraciones compensadas del resorte se convierten en energía térmica y el aceite se calienta en consecuencia. Debido al diseño de dos tubos y al volumen relativamente pequeño, el aceite se calienta rápidamente pero no se enfría bien. Este problema genera automáticamente el siguiente: espuma de aceite. No hay forma de combatir esto, pero los entusiastas de los automóviles experimentados a menudo intentan deshacerse de la aireación llenando un amortiguador nuevo con aceite, lo que se llama "al máximo de su capacidad".
El gas como fluido de trabajo de los motores.
Un fluido de trabajo es un cuerpo material condicional insustituible en ingeniería térmica y termodinámica que se expande cuando se le suministra calor y se contrae cuando se enfría y realiza el trabajo de mover el cuerpo de trabajo de un motor térmico. En los desarrollos teóricos, el fluido de trabajo suele tener las propiedades de un gas ideal.
En la práctica, el fluido de trabajo de los motores térmicos son los productos de combustión de combustibles de hidrocarburos (gasolina, combustible diesel etc.), o vapor de agua que tenga parámetros termodinámicos elevados (inicial: temperatura, presión, velocidad, etc.)
EN máquinas de refrigeración Como fluido de trabajo se utilizan freones, amoníaco, helio, hidrógeno y nitrógeno.
MOTOR TÉRMICO, máquina para convertir la energía térmica en Trabajo mecánico. EN motor térmico Se produce una expansión del gas, que presiona el pistón, provocando su movimiento, o las palas de la rueda de la turbina, provocando su rotación. Ejemplos motores de pistón Son los motores de vapor y los motores de combustión interna (carburador y diésel). Las turbinas de los motores son de gas (por ejemplo, en los turborreactores de aviones) y de vapor.
En los motores térmicos de pistón, el gas caliente se expande en el cilindro, moviendo el pistón y realizando así un trabajo mecánico. Para transformar el movimiento alternativo rectilíneo del pistón en movimiento rotacional eje, generalmente se utiliza un mecanismo de manivela.
en motores combustión externa(por ejemplo, en máquinas de vapor) el fluido de trabajo se calienta quemando combustible fuera del motor y se suministra gas (vapor) al cilindro debajo altas temperaturas y presión. El gas, al expandirse y mover el pistón, se enfría y su presión cae hasta casi la atmosférica. Este gas de escape se elimina del cilindro y luego se le suministra una nueva porción de gas, ya sea después de que el pistón regresa a su posición original (en motores de simple efecto, con admisión unidireccional), o con reverso pistón (en motores doble efecto). En el último caso, el pistón vuelve a su posición original bajo la influencia de una nueva porción de gas en expansión, y en los motores de simple efecto, el pistón regresa a su posición original mediante un volante montado en el cigüeñal. En los motores de doble efecto existen dos golpes de potencia por cada revolución del eje, mientras que en los motores de simple efecto solo hay uno; por tanto, los primeros motores son el doble de potentes con las mismas dimensiones y velocidades.
En los motores de combustión interna, el gas caliente que mueve el pistón se produce quemando una mezcla de combustible y aire directamente en el cilindro.
Para suministrar porciones frescas del fluido de trabajo y liberar los gases de escape, los motores utilizan un sistema de válvulas. El gas se suministra y libera en posiciones de pistón estrictamente definidas, lo que está garantizado por un mecanismo especial que controla el funcionamiento de las válvulas de admisión y escape.
Gases enrarecidos
La longitud del camino libre de las moléculas es inversamente proporcional a la presión del gas. Con la rarefacción del gas, aumenta naturalmente, alcanzando, por ejemplo, 1 cm a una presión de 0,009 mm Hg. Arte. y varios kilómetros en alto vacío (alto vacío). En estas condiciones, cuando longitud promedio el camino se vuelve mucho más grande que las dimensiones del recipiente, las colisiones entre moléculas de gas ocurren relativamente raramente y cada molécula dada vuela de una pared del recipiente a la otra en su mayor parte sin colisiones con otras moléculas. Como resultado, propiedades como la viscosidad, la difusión y la conductividad térmica, que dependen principalmente de las colisiones intermoleculares, cambian significativamente. Una disminución muy fuerte de la conductividad térmica de los gases en alto vacío se utiliza prácticamente en termos, en recipientes Dewar industriales y de laboratorio. Aislamiento térmico En ellos, esto se logra principalmente porque los recipientes están hechos con paredes dobles y se crea un alto vacío en el espacio entre ellos.
El químico escocés James Dewar (1842-1923). Preparó una gran cantidad de oxígeno líquido, que almacenó en un recipiente que inventó, llamado recipiente Dewar. Un matraz Dewar es un matraz con paredes dobles, del que se bombea aire del espacio entre ellas. La conductividad térmica del gas enrarecido entre las paredes es tan baja que la temperatura de la sustancia colocada en el recipiente permanece constante durante mucho tiempo. Para ralentizar aún más el proceso de transferencia de calor, el Dewar plateó las paredes del recipiente (un termo doméstico es simplemente un recipiente Dewar cerrado con un tapón).
vacío profundo
Para conseguir un vacío profundo, por ejemplo de unos 10-6 mmHg. Art., utilice las llamadas bombas de difusión. Hay dos tipos principales de bombas de difusión: de mercurio y de aceite. Son de una etapa y de varias etapas, la mayoría de las veces de dos etapas.
Obtener un vacío profundo
Para conseguir un vacío profundo, por ejemplo de unos 10-6 mmHg. Art., utilice las llamadas bombas de difusión. Hay dos tipos principales de bombas de difusión: de mercurio y de aceite. Son de una sola etapa y de varias etapas, la mayoría de las veces de dos etapas. El principio de diseño de ambos tipos es casi el mismo.
En la Fig. La Figura 1 muestra un diagrama de una bomba de mercurio de difusión de vidrio. Consiste en un depósito 1 con mercurio conectado a un refrigerador 2. El mercurio se lleva a ebullición calentando quemador de gas o un horno eléctrico. El vapor de mercurio sube por el tubo 3, ingresa al refrigerador, en el que se condensa y regresa al depósito / a través del tubo 4. El principio de funcionamiento de la bomba se basa en el hecho de que debido a la condensación parcial del vapor de mercurio dentro del refrigerador cerca del Al final del tubo 5, la presión del vapor de mercurio (u otro líquido) resulta reducida. Por lo tanto, el gas en el tubo 6 se difunde en un área con presión reducida y luego es arrastrado por el tubo 7 a la parte de vacío previo de la instalación.
A una presión relativamente alta en la instalación, el vapor de mercurio que sale del tubo 5, al chocar con las moléculas de gas ubicadas cerca del extremo de este tubo, se refleja en todas direcciones. El gas situado en el tubo 6 se difunde en contracorriente de vapor de mercurio, que aún no ha tenido tiempo de condensarse. En tales casos no se debe utilizar una bomba de difusión de mercurio.
Al operar una bomba difusora, es necesario controlar cuidadosamente el correcto enfriamiento de la parte condensadora. Se debe suministrar agua al refrigerador antes de que el horno comience a calentarse debajo del depósito con mercurio y apagarse después de que el mercurio deje de hervir. Sin embargo, la calefacción de la bomba sólo debe conectarse después de que se haya creado el vacío previo.
En caso de cualquier mal funcionamiento de la instalación, se debe apagar inmediatamente el calentamiento de la bomba de mercurio y no hacer nada para corregir el error o accidente hasta que se enfríe por completo. Las causas del accidente pueden ser: sobrecalentamiento del frigorífico como consecuencia de detener o ralentizar el flujo de agua, avería del frigorífico debido al aumento del caudal de agua a través de un aparato caliente. Si aumenta la presión en la instalación, la ebullición del mercurio se detendrá y su temperatura comenzará a subir. También puede ocurrir un accidente cuando el mercurio sobrecalentado hierve repentinamente.
Para obtener un vacío de unos 10-6 mm Hg. Arte. es necesario instalar dos bombas monoetapa o una bomba de dos etapas en serie.
En la Fig. La Figura 2 muestra una bomba de difusión de aceite de alto vacío de dos etapas con calentamiento eléctrico interno. Se debe verter aceite en no más de 60-70 cm3. Es necesario asegurarse de que el serpentín calefactor esté completamente cubierto con una capa mineral de difusión de hasta 2 mm de espesor. El exceso de aceite puede interferir con el funcionamiento normal ya que provoca un retraso en la ebullición. Después de aproximadamente 15 minutos de calentamiento, la bomba de difusión comienza a funcionar. Si quieres; apague la bomba, primero apague la calefacción eléctrica, deje que el aceite se enfríe a aproximadamente 400 ° C y solo luego apague la refrigeración y ventile la bomba.
El aceite de difusión debe sustituirse por aceite nuevo de vez en cuando. La idoneidad del aceite de difusión se puede juzgar por su color: el aceite de color intenso no es adecuado para el trabajo.
Arroz. 1. Bomba de difusión de mercurio de vidrio.
Arroz. 2Bomba de difusión de dos etapas de aceite de alto vacío de vidrio.
Después de retirar el aceite del dispositivo, el interior de la bomba se lava con tetracloruro de carbono. Antes de llenar la bomba con aceite, se deben eliminar por completo todos los residuos de disolvente.
Protección de clústeres.
Preguntas para los equipos contrarios.
- ¡Gracias a todos por su atención! Te daré calificaciones después de revisar los exámenes.
Informe de la lección de física en décimo grado.
Esta lección se presenta durante el estudio de la sección "Fundamentos de la teoría cinética molecular". Durante la lección se tuvo en cuenta la edad y características psicológicas de los estudiantes y se utilizaron tecnologías de la información y la comunicación.
El propósito de la lección es : Estudiar las propiedades de los gases y su aplicación en tecnología.
Objetivos principales de la lección:
educativo: formar reflexión, el hábito de brindarse asistencia y apoyo mutuo al realizar trabajo practico, actitud concienzuda hacia la tarea que se realiza;
desarrollando: desarrollo del habla, memoria, atención, interés en el tema, capacidad para trabajar con instrumentos físicos, con un libro de texto, literatura adicional, capacidad para resaltar lo principal,
educativo: aplicar los conocimientos en la práctica.
La lección utilizó elementos de la enseñanza universal a los escolares. actividades educacionales, se utilizó un método de enseñanza basado en actividades, el cual se implementó en los siguientes tipos actividades: docente y educativo-investigadora. En todas las etapas de la lección, los estudiantes participaron activamente en actividades de investigación mental y práctica, los niños no solo tuvieron que utilizar sus conocimientos existentes;
La lección se llevó a cabo de forma estándar utilizando nuevas tecnologías.
Las etapas de la lección estuvieron estrechamente interconectadas y alternadas. diferentes tipos actividades. Todas las etapas de la lección fueron consistentes y lógicamente conectadas. La estructura de la lección corresponde a este tipo de lección. Se aseguró la integridad y integridad de la lección. Las acciones mentales estaban basadas y apoyadas por acciones prácticas. La clase se dividió en dos equipos.
Un grupo estudió el tema “Propiedades de los gases y aplicaciones de los gases” y el segundo grupo “El gas como fluido de trabajo de un motor”. Gas enrarecido. Obteniendo un vacío profundo."
Cada grupo debía crear un grupo sobre el tema y defenderlo, así como explicar el tema de su presentación de forma clara y accesible para el otro equipo.
Durante el curso utilicé los siguientes métodos de enseñanza: verbal, parcialmente de búsqueda, visual, problemático-dialógico. Estos métodos de enseñanza aseguraron la naturaleza exploratoria y creativa de la actividad cognitiva de los estudiantes, y las siguientes actividades visuales, literarias y materiales tecnicos:
La lección estuvo organizada, hubo una transición lógica de una etapa a otra, hubo un manejo claro del trabajo académico de los estudiantes, dominio de la clase y cumplimiento de la disciplina. La intensidad de la lección fue óptima teniendo en cuenta el estado físico y características psicológicas niños.
Esta presentación es muy adecuada para presentar material en el décimo grado en un curso de física especializado. El tema de la lección revela los conceptos básicos: 1. calor específico de vaporización
2. humedad relativa del aire y humedad absoluta del aire
La presentación también aborda el uso industrial del eider licuado y su producción. Instrumentos para medir la humedad del aire.
Calor de vaporización Licuefacción de gases Humedad del aire Es la cantidad de calor necesaria para convertir una determinada masa de líquido en vapor de la misma temperatura Qp, J Q, J
Calor de vaporización ¿Dónde se gasta la energía suministrada al cuerpo? Para aumentar su energía interna durante la transición de un estado líquido a gaseoso, el calor de vaporización depende del tipo de líquido, su masa y su temperatura. Esta dependencia se caracteriza por el calor específico de vaporización - r, J/kg. El calor específico de vaporización de un líquido dado es la relación entre el calor de vaporización de un líquido y su masa =Qп/mr - calor específico de vaporizaciónm - masa del líquido Qп=rm - energía que se absorbe durante la vaporización, JQк= -rm - energía que se libera durante la condensación del vapor, J Licuefacción de gases En 1799, el primer gas (amoníaco) se convirtió en líquido. El físico inglés M. Faraday licuó gases enfriándolos y comprimiéndolos simultáneamente. En la segunda mitad del siglo XIX, solo 6. gases quedaron sin convertir: hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, óxido nitroso y metano (ya que no existía tecnología para obtener bajas temperaturas) Plantas de licuefacción Expansores de Gas (expansores) baja presión desarrollado por el académico P.L. Kapitsa 1 - compresor, allí entra aire atmosférico, donde se comprime a una presión de varias decenas de atmósferas 2 - intercambiador de calor, se enfría agua corriendo aire caliente y ingresa al cilindro expansor (3) - aquí se expande, empuja el pistón y se enfría tanto que se condensa en líquido4 - un recipiente en el que ingresa aire licuado
Obtención de aire líquido
Almacenamiento de gases líquidos Matraz Dewar1) Diseñado como un termo, tiene paredes dobles de vidrio, entre las cuales no hay aire2) La pared interior es brillante - para reducir el calentamiento por radiación3) Un cuello estrecho y abierto para que el gas contenido en el recipiente pueda fluir gradualmente evaporar4) Al evaporarse, el gas licuado permanece frío5) El aire líquido permanece durante varias semanas Aplicación gases licuados
En tecnología para separar el aire en sus componentes. El método se basa en el hecho de que los distintos gases que componen el aire hierven a diferentes temperaturas2) El oxígeno líquido se utiliza como oxidante para los motores de los cohetes espaciales3) El hidrógeno líquido es el combustible de los cohetes espaciales4) El amoníaco líquido se utiliza en refrigeradores, enormes almacenes donde se almacena la comida
Humedad del aire
Presión parcial del vapor de agua: la presión que produciría el vapor de agua si todos los demás gases estuvieran ausentes.
humedad absoluta del aire: densidad del vapor de agua, kg/m3 muestra cuánto vapor de agua hay en 1 m3 de aire
- humedad absoluta, kg/m3 densidad del vapor de agua saturado a una temperatura determinada, kg/m3 presión parcial del vapor de agua, presión Pa vapor saturado, papá
Humedad relativa del aire Muestra qué tan cerca está el vapor de agua de la saturación a una temperatura determinada. Punto de rocío: la temperatura a la que debe enfriarse el aire para que el vapor que contiene alcance un estado de saturación (a una humedad del aire determinada y presión constante) Higrómetro de condensación1 - caja de metal2 - pared frontal3 – anillo4 – junta termoaislante5 – pera de goma
Dispositivos para medir la humedad del aire Higrómetro de cabello 1 - soporte de metal 2 - cabello humano desgrasado 3 - tuerca 4 - flecha 5 - bloque
Instrumentos para medir la humedad del aire Psicrómetro.
Instrumentos para medir la humedad del aire.
