Модель ідеального газу передбачає що. Модель ідеального газу

Ідеальний газ, що часто зустрічається у фізиці, є певною моделлю речовини, яка вводиться для пояснення найпростіших властивостей деяких реальних фізичних систем (реального газу, електронів у металі та ін.).

Ідеальний газ є системою вільних невзаємодіючих частинок, що у безперервному хаотичному русі. Взаємодія частинок ідеального газу проявляється лише у їх пружних зіткненнях.

Частинки ідеального газу приймають за тверді кульки, розмір яких набагато менший за середню відстань між ними. Проміжок часу між зіткненнями при цьому виявляється набагато більшим, ніж час самих зіткнень. Отже, більшу частину часу частинки рухаються в газі рівномірно та прямолінійно.

Завдяки безладному руху частинки ідеального газу часто стикаються один з одним. Ці зіткнення часток між собою призводять до низки цікавих наслідків.

По-перше, розлітаючись після зіткнень у різні боки, частинки з виділеної групи поступово розсіюватимуться у просторі, займаючи зрештою нескінченно великий обсяг. Тому в більшості випадків ідеальний газ розглядають усередині деякого об'єму, тобто обмежений стінками судини. Частинки, зустрічаючи

на своєму шляху стінки судини за законами пружного удару відбиватимуться від них, передаючи стінці певну кількість руху (імпульс сили). Наслідком цього є тиск, який чиниться газом на стінку.

По-друге, зіткнення частинок газу між собою призводять до того, що вони безперервно обмінюються енергією, змінюють свої швидкості та координати всередині обсягу. Завдяки цьому в газі при постійних зовнішніх параметрах встановлюється рівноважний стан, якому відповідає певний розподіл частинок у просторі, за напрямками руху та швидкостями. Будь-які відхилення від такого рівноважного стану згладжуються завдяки безперервному хаотичному руху та зіткненням частинок. За порівняно короткий час (час релаксації) газ знову входить у рівноважний стан. Розглядаючи газ, за ​​постійних зовнішніх параметрів, за проміжки часу, великі часу релаксації, ми можемо вважати його стан рівноважним. Деякі питання, пов'язані з нерівноважними процесами, будуть розглянуті в IV розділі.

Якщо ідеальний газ перебуває у рівноважному стані за відсутності зовнішніх сил, його частинки заповнюють весь обсяг із постійною щільністю. Число частинок, укладених в деякому об'ємі V, що цікавить нас, буяє визначатися за формулою

де - число частинок в одиниці обсягу, що дорівнює відношенню всього числа частинок до всього зайнятого газом обсягу:

Зіткнення частинок призводять не тільки до встановлення в газі однакової щільності, але і рівномірного розподілу в просторі напрямків руху частинок. Скільки частинок рухається в одному напрямку, стільки ж у середньому рухається і в будь-якому іншому, у тому числі й протилежному напрямку. Внаслідок такої рівноправності напрямків руху тиск в ідеальному газі виявляється ізотропним.

При рівновазі в газі встановлюється також певний розподіл частинок за швидкостями. При цьому середні швидкості та кількість частинок, що рухаються у різних напрямках, виявляються однаковими, про що свідчить відсутність спрямованого потоку газу при рівновазі.

Для моделі ідеального газу легко знайти залежність між тиском і обсягом.

Нехай ідеальний газ знаходиться в посудині, що має форму кулі з радіусом. У цьому випадку частинок, що знаходяться в обсязі, чинять тиск на поверхню.

Мал. 8. До висновку закону Бойля - Маріотта з М. В. Ломоносова

Потім стиснемо цю кількість газу так, щоб він займав об'єм кулі з удвічі меншим радіусом, тобто . Якщо швидкості руху частинок залишаться колишніми, то ті ж удари частинок тепер будуть припадати на вчетверо меншу поверхню внаслідок чого тиск повинен зрости в 4 рази. З іншого боку, через зменшення обсягу середній шлях частинки між зіткненнями буде вдвічі меншим, що призведе при тій же швидкості руху молекул до збільшення вдвічі числа зіткнень в одиницю часу, тобто зі стінкою частинки зіштовхуватимуться вдвічі частіше. Таким чином, при зменшенні обсягу ідеального газу у 8 разів тиск має зрости також у 8 разів. Це і є закон Бойля – Маріотта:

Наведений тут висновок цього закону був ще 1745 р. запропонований Ломоносовим.

Розглянута модель ідеального газу за певних умов пояснює багато властивостей реального газу, тобто найпростішого газоподібного стану речовини.

Існує наступний критерій застосування моделі ідеального газу до реального газу. Якщо поведінка реального газу задовольняє закон Бойля - Маріотта, то газ можна розглядати як ідеальний. Наприклад, повітря за нормальних умов можна як ідеальний газ. Тому подальші висновки, які будуть отримані на підставі властивостей моделі ідеального газу, можна поширювати і реальні гази. Замість частинок ідеального газу далі розглядатимемо молекули реального газу.

ідеальними газами

Термодинамічна система, термодин. процес, параметри ідеалу. газу.

Безперервна зміна стану робочого тіла в результаті взаємодії його з оточенням. середовищем зв. термодинамічний процес

Розрізняють рівноважні та нерівноважні процеси. Процес, що протікає при значній різниці t і тисків навколишнього середовища та робочого тіла та нерівномірний їх розподіл по всій масі тіла, зв. нерівноважним. Якщо ж процес відбувається нескінченно повільно та малої різниці t оточення. середовища та робочого тіла та рівномірного розподілу t і тиску по всій масі тіла, зв. рівноважним.

До осн. параметрам стану газів відносяться: тиск, t та питомий об'єм, щільність.

· Тиск - результат удару газу об стінки судини, в кіт він знаходиться.

Розрізняють абсолютне тиск (повне) і надмірне. Під абсолютним тиском мається на увазі повний тиск, під яким знаходиться газ.

Рабс = Рб + gph, gph = Ризб

Де Рабс - абсолютний (повний) тиск газу в посудині, Рб-атмосферний тиск у барометрі, g - усоркніе св. пад. у точці вимірювання, p – щільність рідини, h – висота стовпа рідини.

Під надлишковим тиском розуміють різницю між абсолютним тиском, більшим, ніж атмосферний, і атмосферним тиском.

1атм=735.6мм.рт.ст.=1кг/см2=10 4 кг/м2=10 5 Па=1бар=10м.вод.ст

· Температура – ​​міра середньої кінетичної енергії хаотичного руху молекул робочого тіла. Температура – ​​параметр, що характеризує тепловий стан тіла. Температура тіла визначає напрямок можливого мимовільного переходу тепла від тіла з більшою температурою до тіла з меншою температурою.

Для вимірювання температур прийнято стоградусна шкала, шкала Кельвіна, шкала Фаренгейта. У стоградусній шкалі при pб = 101,325кПа (760 мм.рт.ст.) за 00С приймається температура танення льоду, а за 1000С – температура кипіння води. Градус цієї шкали позначається через 0°С.

· Питомою об'ємом, v, м3/кг, називається обсяг одиниці маси газу, тобто v = V/М де V - повний об'єм газу, м3; М - маса газу, кг, обернена величина, кг/м3, P=G/V явл. Щільністю, що є кількість речовини, укладеного в 1 м3, тобто масу одиниці об'єму.

Внутрішня енергія ідеального газу. Параметр стану.

Внутрішня енергія газу U, Дж/кг – запас кінетичної енергії газу, що характеризується сумою кінетичних енергій поступального, обертального руху молекул, енергії внутрішньомолекулярного коливання атомів та міжмолекулярної взаємодії (потенційної енергії).

Перші 3 складові є функцією від температури, остання (потенційна енергія) = 0 (для ідеального газу), тому внутрішня енергія ідеального газу залежить тільки від його температури і не залежить від об'єму: U = f (T).

Зміна внутр. енергії робочого тіла залежить від його проміжних станів і ходу процесу визначається кінцевим і початковим станом: ∆U=U 2 -U 1 , Дж/кг, де U 2 -кінцева внутрішня енергія, U 1 -початкова.

У всіх термодинамічних процесах, якщо V = const, тобто. робоче тіло не розширюється і робить роботи, сообщаемая йому теплота q=c v (T 2 -T 1) йде тільки збільшення його внутрішньої енергії тобто:

∆U= c v (T 2 -T 1); ∆U= М(U 2 -U 1); ∆U= c v ∙dT

Для нескінченно малої зміни внутр. енергії: dU = c v ∙dt

Теплоємність газу.

Теплоємність (С) - кількість теплової енергії, необхідної для зміни температури газу на 1 0 С. Вимірюється в Дж/К.

Питома теплоємність – теплоємність, віднесена до кількісної одиниці (кг, моль, м 3).

С, Дж/кг∙К – масова теплоємність (до 1 кг)

С " , Дж/м 3 ∙К – об'ємна теплоємність (до 1 м3)

µС, Дж/к моль∙К – молярна теплоємність (до 1 кмоль)

Між ними мають місце слід. Відносини:

Якщо до тіла підводитися нескінченно мала кількість тепла, це миттєва теплоємність: З= dq/dt , Дж/кг∙ 0 З.

Якщо до тіла з температурою Т1 підводиться деяка кількість тепла q, його температура ставати рівною Т2 – середня теплоємність: C m =q/T2-Т1

T 1 →T 2 q=∫Cdt C m | T 1 T 2 =q/T 2 -T 1

C m | T 2 T 1 =∫Cdt/T 2 -T 1 =(C m | 0 T 2 ∙T 2 -C m | T 1 0 ∙T 1)/T 2 -T 1

Особливе значення для нагрівання (або охолодження) газу мають умови, за яких відбувається процес підведення (або відведення) теплоти. У теплотехніці найважливішим є:

Нагрівання (або охолодження) при постійному обсязі – ізохорна теплоємність;

Нагрівання (або охолодження) при постійному тиску – ізобарна теплоємність.

Газові суміші

Ідеальні гази, молекули яких хімічно не реагують один з одним і між якими відсутні сили тяжіння і відштовхування, поводяться в суміші так, ніби кожен з них знаходиться в об'ємі, що займає один. Це означає, що кожен газ, що входить до суміші, займає весь наданий для суміші об'єм і знаходиться під своїм так званим парціальним тиском.

Загальний тиск суміші газів у такому разі складатиметься із суми парціальних тисків (закон Дальтона):

P i - парціальний тиск окремого компонента - тиск, що надає стінки судини при t і v газової суміші.

Отже:

Температура кожного газу в стані буде дорівнювати температурі суміші:

Ур-ня стану суміші газів виводиться виходячи з ур-ний стану окремих компонентів суміші і має вигляд: . Для того, щоб можна було користуватися цим рівнянням, слід визначити величину постійної газової суміші R см.

R см = g 1 * R 1 + g 2 * R 2 + ... + g n * R n ,

де g 1, g 2, .., g n - масові частки компонентів. Газову постійну суміші, Дж/(кг*К), можна знайти також за формулою:

Газова суміш може бути задана масовими та об'ємними частками:

Q i = M i / M cm = p i * r i / p cm;

Цикл Карно. Теорема Карно.

Складається з 4 процесів: 2 ізотермічні, 2 адіабатні.

В результаті своїх досліджень Карно запропонував цикл, що має справді найвищий можливий термічний ККД у заданих температурних межах, тобто при заданих температурах тепловіддавача та теплоприймача.

Розглянемо цей цикл координатах р-v, вважаючи, що він є рівноважним і що, крім того, його робить 1 кг робочого тіла. На початку процесу робоче тіло має параметри p1, v1, T1 (точка 1). Ця точка відповідає моменту, коли робоче тіло повідомляється з тепловіддавачем і починається процес розширення при постійній температурі, що дорівнює Т1 до точки 2. У процесі розширення ізотермою 1-2 до робочого тіла підводиться теплота в кількості q1. Робота ізотермічного розширення визначається площею 122 1 1 1 . За процесом 1-2 слід роз'єднання робочого тіла з тепловіддавачем і відбувається подальше розширення по адіабаті 2-3. Цей процес триває доти, доки поршень не займе крайнє положення, що відповідає точці 3. Робота адіабатного розширення визначається площею 233 1 2 1 . У цей момент, тобто в точці 3, робоче тіло повідомляється з ХІТ, що має температуру Т2, і починається процес стиснення, протягом якого має бути відведено одиниць q2 теплоти. Починається процес ізотермічного стискування – процес 3-4. Робота 344 1 3 1 негативна. Коли відведення теплоти q2 припиниться, робоче тіло роз'єднується з теплоприймачем (крапка 4); подальше стиск відбувається за адіабатом 4-1. Робота 411 1 4 1 негативна. Наприкінці цього процесу робоче тіло набуває початкових параметрів.

Через війну отримали результуючу позитивну роботу Lц.

Теорема Карно: процес відбувається в тепловому двигуні між 2 джерелами тепла з температурою Т1 та Т2 та ККД процесу залежить тільки від цих температур.

12. Реальний газ. Пароутворення у координатах PV. Теплота пароутворення. Ступінь сухості пара.

Гази, молекули якого мають силами взаємодії і мають кінцеві, хоч і дуже малі, геометр. розміри, зв. реальними газами

Розглянемо процес пароутворення при постійному тиску координатах PV. Якщо підігріти воду при постійному тиску, обсяг збільшується і при температурі, яка відповідає кипінню води, досягає величини b. при подальшому підведенні теплоти до окропу остання почне перетворюватися на пару, при цьому тиск і температура суміші води з парою незмінні. Коли в процесі пароутворення остання частка перетвориться на пару, весь обсяг виявиться заповнений пором. Така пара насиченою парою, а її температура називається температурою насичення.

На ділянці b-c пар є вологою насиченою. Після повного випаровування води (точка с) пара стає сухою насиченою. Волога пара характеризується ступенем сухості x. Ступенем сухості- масова частка сухої насиченої пари, що знаходиться в 1 кг вологої пари. Розглянемо процес пароутворення при вищому тиску. Питома об'єм при 0 З підвищенням тиску не змінюється. Питома кількість окропу збільшиться. Точка С’, що відповідає сухій насиченій парі, лівіше точки С, т.к. тиск зростає інтенсивніше, ніж температура сухої насиченої пари. Параметри, що відповідають точці k, називаються критичними.

Пароутворення зображується лінією b-c. Кількість теплоти, витрачене на перетворення 1 кг окропу в суху насичену пару називається теплотою пароутворення і позначається r. Зі збільшенням тиску теплота пароутворення зменшується. У точці d пар не насичує простір і має високу температуру. Така пара називається перегрітою.

Для визначення параметрів стану вологої пари має бути відомий ступінь сухості.

13. Вологе повітря. Його св-ва.

Вологим повітрям зв. парогазова суміш, що складається з сухого повітря та водяної пари. Склад вологого повітря: 23% за масою кисню, 21% за обсягом кисню.

Вологе повітря, що містить максимальну кількість водяної пари при даній температурі, зв. насиченим. Повітря, в якому не міститься максимально можливе доданої t кількіс. водяної пари, зв. ненасиченим. Ненасичене вологе повітря складається з суміші сухої та перегрітої водяної пари, а насичене вологе повітря-з сухого повітря та насиченої водяної пари. Щоб перетворити з ненасиченого на насичене вологе повітря, потрібно охолодити.

З ур-ний станів реального газу найпростішим явл. ур-ня Ван-дер-Ваальса: (p+a/v2)*(v-b)=RT,

де а-коеф., що залежить від сил зчеплення;

b- величина, що враховує власний обсяг молекул.

Властивості: маса, температура, постійна газова, теплоємність.

1) абсолютна вологість-кількість водяної пари, що містяться в 1 м3 повітря (кг\м3),

2) відносна вологість-відношення щільності насиченої пари до максимальної насиченої пари ϕ=(ρ n \ρ нас)*100

де 1,005 - теплоємність сухого повітря

1,68 – теплоємність перегрітого повітря.

5) Закону Дальтона. Тиск вологого повітря РВВодно Рвв = Рсв + Рп,де Рсв, Рп-парціальні тиски відповідно сухого повітря та

Закон Кірхгофа, Ламберта.

З-н Кірхгофа.За законом Кірхгофа ставлення випромінювальної здатності тіла Едо його поглинання Адля всіх тіл однаково і дорівнює випромінювальній здатності абсолютно чорного тіла Е 0при тій же температурі залежить тільки від температури, тобто Е/А=Е 0 =f(T). Так як Е/Е 0 = а,то для всіх сірих тіл А = а,тобто. поглинальна здатність тіла чисельно дорівнює ступені його чорноти.

Розглянемо випадок теплообміну випромінюванням між 2 стінками, що мають велику повіху-ть і розташованими паралельно на невеликій відстані одна від одної, тобто. так що випромінювання кожної стінки повністю потрапляє на протилежну.

Нехай температури поверхні стін постійно підтримуються Т1 і Т2, причому Т1> Т2, а коефіцієнти поглинання стін рівні соотв. А1 і А2, причому А1 = А1, А = А2, тобто. коеф-ти поглинання та ступеня чорноти соотв. рівні. для цього на підставі Стефана-Больцмана отримаємо:

Спр - наведений коефіцієнт випромінювання, Вт/м2*К.

Тут С1 та С2 – константи випромінювання тіл, між якими відбувається процес променистого теплообміну.

Ур-е (1) можна використовуватиме розрахунку теплообміну, одне з яких має опуклу форму і оточено поверх-тью іншого, тобто. нах. у замкнутому просторі. Тоді:

; F1, F2-поверхні 1 і 2-го тіл, що беруть участь у променистому теплообміні.

При довільному розташуванні тіл, між якими відбувається теплообмін випромінюванням Е1-2, розрахов.

В даному випадку Спр = С1 * С2 / С, а коеф-т фі (так наз. Кутовий коеф-т або коеф-т опромінення) - величина безрозмірна, що залежить від взаємного розташування, форми і розмірів поверхонь і показує частку променистого потоку , яка падає на F2 від усього потоку, що віддається F1 променем.

З-н Ламберта- Визначає залежність випромінюваної тілом енергії від її напрямку. Е φ = Е 0 ∙ cosφ. Е 0 - кількість енергії, що випромінюється за нормаллю до поверхні; Е φ - кількість енергії, що випромінюється за напрямом, що утворює кут φ з нормаллю, то за з-ном Ламберта:

Т.ч., з-н Ламберта визначає залежність енергії, що випромінюється тілом, від її напрямку.

Мікроклімат приміщень.

Мікроклімат – сукупність значень таких параметрів як температура, віднос. Вологість, швидкість і порівн. температура внутрішніх поверхонь, які забезпечують норми. життєдіяльність людини у приміщ. та норм. перебіг виробничих процесів.

Мікроклімат: комфортний, допустимий та дискомфортний.

Інтенсивність тепловіддачі людини залежить від мікроклімату приміщення, що характеризується t-рою всередину. повітря tв , радіаційної t-рої приміщення tr , швидкістю рух. і відносною вологістю повітря. Поєднання цих параметрів мікроклімату, при яких зберігається теплова рівновага в організмі людини і відсутня напруга в його системі терморегуляції, зв. зручними. Найважливіше підтримувати у приміщенні насамперед сприятливі t-ные умови, т.к. рухливість і відносна вологість повітря мають коливання. Крім оптимальних розрізняють допустимі поєднання параметрів мікроклімату, у яких людина відчуває невеликий дискомфорт.

Частину приміщення, в якій людина знаходиться основний робочий час, називають обслуговуваною або робочою зоною. Комфорт має бути забезпечений насамперед у цій зоні.

Теплові умови в приміщенні залежать головним чином від tв і tr , тобто. з його t-ной обстановки, ктр. прийнято характеризувати двома умовами комфортності. Перша умова комфортності температурної обстановки опред. таку область поєднань tви tr , за ктр. людина, перебуваючи у центрі робочої зони, не відчуває ні перегріву, ні переохолодження.

Друга умова комфортності визначає допустимі температури нагрітих та охолоджених поверхонь при знаходженні людини у безпосередній близькості від них.

Щоб уникнути неприпустимого радіаційного перегріву або переохолодження голови людини поверхні стелі та стін можуть бути нагріті до допустимої температури

Двотрубна система водяного опалення із примусовою циркуляцією. Варіанти підведення.

Розширювальний бак.

Являє собою металеву ємність циліндрової форми зі знімною кришкою і патрубками для приєд-я слід-х труб: розширеної d1, контрольної d2, виведеної до раковини в котельні для спостереження за рівнем води, переливний d3для зливу надлишку води при переповн-і розшир-го бака, циркуляційний d4, що з'єд-ить розшир-ий бак зі зворотним магістр-м теплопроводом для запобігання-я замерз-я води в розшир-му посудині і в з'єд-ой трубі.

Корисний об'єм ( ,л) розширювального бака визначають за такою формулою:

,

де - 0,0006 1/0 З - коефіцієнт об'ємного розширення води;

Зміна температури води від початкової до середньої розрахункової, 0;

Загальний обсяг води в системі, л

де - Об'єм води, відповідно у водопідігрівачах, трубах, приладах, л, що припадає на 1000Вт теплової потужності системи водяного опалення.

Розширювальний бак призначений для компенсації тиску, виник. у рез. темпер-го розширення теплоносія зі збільшенням темпер.; вирівнювання перепадів тиску і компенсації гідравлічних ударів з макс. Темпер. теплоносія до 100 ° С; захисту вузлів у контурах систем опалення та гарячого водосн. від надлишкового тиску; компенсації експлуатаційних втрат теплоносія, виник. на протязі. опалювального періоду; видалення повітря із системи.

Розш. баки: відкритого та закритого виконання.

Розш. баки відкритоготипу технологічно застаріли та в наст. вр. практич. застосування не знаходять. Відкритий розш. бак розміщують над верхньою точкою системи опалення, як правило, у горищному приміщенні будівлі або на лестощі. клітці та покривають тепловою ізоляцією.

До розш. бакам закритоготипу відносять мембранні баки, кіт. сост. із сталевого корпусу, розділеного еластичною мембраною на дві частини - рідинну та газову порожнини. Рідина бака призначена для прийому теплоносія із систем опалення та гарячого водосн., газова частина бака наповнена під підвищення. тиском повітрям чи азотом. Для підтримки необхідного тиску в газовій камері бака є ніпель.

Повітровидалення.

У системах вод. опалення з верхнім розведенням, використовують розширювальну посудину без доп. пристроїв. У сист з нижньою - спеціалізована повітровідвідна мережа, приєдн. її до розшир. баку або повітрозбірнику (за допомогою повітровипускних кранів або шурупів). Для надійного видалення повітря та спуску води, магістральні теплопроводи проклад. з ухилом. (не менше 0,002) у напрямку руху теплоносія. У системах з мистецтв цирк швидкість рух. води> швидке спливання повітря, тому магістралі прокладають з підйомів до крайніх стояків і у вищих точках ставлять повітрозбірники.

Вентилятори.

За принципом дії та призначенням вентилятори поділяються на радіальні (відцентрові), осьові, дахові та стельові.

Радіальні (відцентрові) вентилятори . Звичайний радіальний (відцентровий) вентилятор складається з трьох основних частин: робочого колеса з лопатками (іноді званого ротором), равликоподібного кожуха та станини з валом, шківом та підшипниками.

Робота радіального вентилятораполягає в наступному: при обертанні робочого колеса повітря надходить через вхідний отвір у канали між лопатками колеса, під дією відцентрової сили переміщається цими каналами, збирається спіральним кожухом і направляється в його вихідний отвір. Таким чином, повітря у відцентровий вентилятор надходить в осьовому напрямку і виходить з нього в напрямку перпендикулярному осі.

Осьові вентилятори. Найпростіший осьовий вентилятор складається з робочого колеса, закріпленого на втулці та насадженого на вал електродвигуна, та кожуха (обичайки), призначення якого – створювати спрямований потік повітря. При обертанні колеса виникає рух повітря вздовж осі вентилятора, що визначає його назву.

Осьовий вентилятор, порівняно з радіальним, створює при роботі більший шум і не здатний долати при переміщенні повітря великі опори. У житлових і громадських будинках осьові вентилятори слід застосовувати для подачі великих обсягів повітря, але якщо не потрібний тиск вище 150-200 Па. Вентилятори В-06-300-8А, В-06-300-10Л та В-06-300-12.5А широко використовують у витяжних системах вентиляції громадських та виробничих будівель.

Підбір вентилятора . Вентилятор підбирають з подачі L,м 3 /год, і необхідного повного тиску вентилятора р Па, користуючись робочими характеристиками. Вони для певної частоти обертання колеса даються залежності між подачею вентилятора повітрям, з одного боку, і створюваним тиском, споживаної потужністю і коефіцієнтом корисної дії - з іншого.

Повний тиск р, яким підбирається вентилятор, являє собою суму статичного тиску, що витрачається на подолання опорів по всмоктувальній і нагнітальної мережі, і динамічного, що створює швидкість руху повітря.

Розмір р, Па, визначається за формулою

Підбираючи вентилятор, слід прагнути до того, щоб необхідним величинам тиску та подачі відповідало максимальне значення ККД. Це диктується як економічними міркуваннями, а й прагненням знизити шум вентилятора під час роботи їх у області високих ККД.

Необхідна потужність, кВт, електродвигуна для вентилятора визначають за формулою

де L-подача вентилятора, м3/год; р-тиск, створюваний вентилятором, кПа; г],- ККД вентилятора, який приймається за його характеристикою; т 1рп _ККД ремінної передачі, при клинопасової передачі рівний 0,95, при плоскому ремені -0,9.

Установча потужність електродвигуна визначається за формулою

де а- Коефіцієнт запасу потужності

Тип електродвигуна до вентилятора слід вибирати, враховуючи умови експлуатації останнього - наявність пилу, газу та пари, а також категорію пожежо- та вибухонебезпечності приміщення.

Побутові газові прилади.

Пічні пальникивстановлюють у побутових опалювальних печах під час переведення їх на спалювання газу. Пристрій застосовують у печах без шиберів, обладнаних тягостабілізаторами, з режимами безперервної та періодичної топки.

Пристрій має два режими роботи - нормальний, коли працюють основний і запальний пальник, і знижений, коли працює тільки запальний пальник. Під час роботи на зниженому режимі кран основного пальника має бути закритим.

Опалювальні печі можуть бути обладнані пальниками та автоматикою безпеки інших типів, що пройшли випробування в установленому порядку, прийнятих до виготовлення та мають паспорт.

Побутові газові плити

Плити діляться на підлогові та настільні (переносні). Настільні плити не мають духової шафи, їх ще називають таганами. В експлуатації знаходяться чотири-, три- та двоконфорочні плити.

По виконанню плити випускають звичайної та підвищеної комфортності. Газові плити підвищеної комфортності мають освітлення духовки, пальник підвищеної потужності, крани пальників столу з фіксованим положенням «мале полум'я», пристрій регулювання горизонтального положення столу. Також додатково вони можуть бути обладнані пальником столу зниженої потужності, електророзпалюванням пальників столу та духовки, гарячим пальником духовки, вертолом у духовці з електричним та ручним приводом, терморегулятором духовки, автоматикою контролю горіння.

1. Ідеальний газ, визначення та його властивості.

2. Термодинам. система, термодинам. процес, параметри ідеального газу

3. Рівняння стану ідеального газу. Фіз. сенс газової постійної.

4. Внутрішня енергія ідеального газу. Параметри стану.

5. Робота газу. Параметр процесу.

6. Теплоємність газу.

7. Газові суміші

8. Перший закон термодинаміки, його математичний вираз.

9. Вир-е першого закону термодинаміки для разл. термодинам. процесів

10. Кругові цикли. Термодинамічний та холодильний коефіцієнти.

11. Цикл Карно. Теорема Карно.

12. Реальний газ. Парообр-ня в PV координатах. Теплота парообр-я. Ступінь сухості пара.

13. Вологе повітря. Його властивості.

14. I-d діаграма вологого повітря. Вивчення процесів обробки повітря за допомогою Id діаграми.

15. Температурні поля тіла. Температурний градієнт.

16. Теплопровідність. Закон Фур'є.

17. Теплопровідність плоскої стінки. Основне рівняння теплопровідності.

18. Конвективний теплообмін. Ур-е Ньютона-Ріхмана. Коеф. тепловіддачі.

19. Опр-е коеф-та тепловіддачі з исп-ем критеріальних рівнянь.

20. Променистий теплообмін. Рівняння Стефана-Больцмана.

21. Закон Кірхгофа, Ламберта.

22. Теплопередача. Ур-е та коеф-т теплопередачі для плоскої стінки.

23. Теплообмінні апарати Опр-е пов-ти нагрівання рекуперативних теплообмінників.

24. Мікроклімат приміщень.

25. Супр-е теплопередачі наруж. огорожі. Співвідношення між ними.

26. Теплостійкість огорож. Коеф-т теплозасвоєння S. Розмір теплової інерції D.

27. Повітропроник-ть огорож. Супр-е повітропроник-ти огорож.

28. Опр-е теплових втрат через огородження. Правила обміру пов-тей охолодження.

29. Опр-е теплових втрат за укрупн. показниками. Питома теплова характеристика будівлі.

30. Система опалення: осн. Ел-ти, клас-ція, вимоги, пред'явл. до опалювальної установки.

31. Виведення гравітації. тиску для двотрубної системи опалення.

32. Опр-е циркуляції. тиску в однотрубній системі.

33. Трубопроводи систем центр. опалення, їх соед-я, методи прокладки.

34. Розширить. бак, його призначення, установка, точка приєднання до магістралей системи опалення, визначення об'єму бака.

35. Видалення повітря з систем водяного опалення.

36. Сист. пар. опалення. Принцип роботи, клас-ція, осн. схеми. Повітроудале. із сист. пар. опалення. Обл-ть прим-я систем газового опалення.

37. Нагрівати. прилади сист. центр. опалення. Клас-ція, вимоги до них. Хар-ка осн. видів нагрівають. приладів.

38. Розміщення та встановлення, способи приєд-я нагрівають. приладів до трубопроводів сист. опалення. Схеми підведення теплоносія до нагрівальних приладів.

39. Коеф-т теплопередачі нагрівають. приладів. Опр-е пов-ти нагрівання приладів.

40. Особливості розрахунку поверхні нагрівальних приладів.

41. Регулює тепловіддачу нагрівальних приладів.

42. Паливо. Елементарний склад. Теплотворна здатність палива

43. Горіння палива. Теоретич. та дійств. об'єм повітря, необх. для горіння палива.

44. Способи спалювання палива. Види топкових пристроїв, їх властивості.

45. Котельне встановлення. Опр-е. Види топкових пристроїв, їх хар-ки.

46. Централізоване теплопостачання. Схема ТЕЦ.

47. Теплові мережі, способи прокладання теплових мереж, види ізоляції.

48. Приєд-е місцевих систем опалення до теплових мереж.

49. Повітрообмін, способи визначення.

50. Призначення та класифікація систем вентиляції

51. природ. вентиляція: інф-ція, аерація, канальна система вентиляції.

52. Канальна витяжна гравітація. система вентиляції, конструювання та її аеродинам. розрахунок.

53. Механічна система вентиляції Її елементи.

54. Пристрої для очищення повітря.

55. Пристрої для обігріву повітря.

56. Вентилятори: класифікація, принцип дії осьових та відцентрових вентиляторів. Підбір вентиляторів.

57. Газопостачання. Основні схеми. Влаштування системи газопостачання.

58. Побутові газові прилади.

Ідеальний газ, визначення та властивості.

Гази, молекули яких не мають сил взаємодії, а самі молекули являють собою матеріальні точки з мізерно малими обсягами, називаються ідеальними газами. Поняття про ідеальний газ введено для спрощення вивчення термодинамічних процесів та отримання більш простих розрахункових формул.

Властивості ідеального газу на основі молекулярно-кінетичних уявлень визначаються виходячи з фізичної моделі ідеального газу, в якій прийняті такі припущення:

Обсяг частки газу дорівнює нулю (тобто діаметр молекули дуже малий в порівнянні з середньою відстанню між ними);

Імпульс передається лише за зіткненнях (тобто сили тяжіння між молекулами не враховуються, а сили відштовхування виникають лише за зіткненнях);

Сумарна енергія частинок газу стала (тобто немає передачі енергії за рахунок передачі тепла чи випромінюванням);

Час взаємодії між молекулами дуже мало в порівнянні з середнім часом між зіткненнями;

ВИЗНАЧЕННЯ

Ідеальний газ- це найпростіша фізична модель реального газу. Ідеальний газ складається з величезної кількості частинок, які уподібнюють кулькам (матеріальним точкам), що мають кінцеву масу, і які не мають об'єму.

Моделью у фізиці називають спрощену копію цієї системи, що вивчається. Вона відбиває найважливіші основні показники та якості системи.

У моделі ідеального газу враховуються лише основні властивості молекул, які потрібні для того, щоб пояснити основи поведінки газу. Ідеальний газ нагадує реальний газ у досить вузькому інтервалі тисків (p) та температур (T).

Головним спрощенням ідеального газу є припущення, що молекули ідеального газу не взаємодіють з відривом. Кінетична енергія руху молекул такого газу набагато більша, потенційної енергії їхньої взаємодії. Це спрощення веде до рівняння стану ідеального газу:

де m – маса газу; - молярна маса; - Універсальна газова постійна.

Реальні гази можна уподібнити ідеальному газу з досить високою точністю при низьких поділах, коли відстані (в середньому) між молекулами істотно більші, ніж їх розміри та (або) низькі температури. У такому разі сили тяжіння між молекулами можна вважати мізерно малими, а сили відштовхування виникають на дуже малі проміжки часу при зіткненнях молекул.

Зіткнення частинок ідеального газу описують за допомогою законів абсолютно пружного зіткнення куль. Слід зазначити, що маю на увазі закони зіткнення саме куль, оскільки точкові частки відчувають лише лобові зіткнення, які можуть змінювати напрями швидкостей різні кути. У проміжках між зіткненнями молекули ідеального газу рухається прямими лініями. Закони зіткнень та зіткнень щодо стінки судин, у яких знаходиться газ, відомі. У МКТ рух кожної молекули ідеального газу описують з допомогою законів динаміки. Однак через те, що число молекул у газі величезне, то практично неможливо написати таку кількість поранень.

За допомогою моделі ідеального газу одержують, наприклад, основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії (МКТ) (2). Яке показує, що тиск газу є результатом численних ударів його молекул об стінки судини, в якій газ знаходиться.

де – середня кінетична енергія поступального руху молекул газу; - Концентрація молекул газу (N - число молекул газу в посудині; V - обсяг судини); - Маса молекули газу; - Середньоквадратична швидкість молекули.

Модель ідеального газу можна використовувати для пояснення властивостей газів. Так, горять, що газ займає весь обсяг, який йому надається, тому що сили взаємодії його молекул малі, і вони не здатні утримати молекули одна біля одної.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

Завдання	Ідеальний газ знаходиться в посудині обсяг, якого складає л. Тиск цього газу дорівнює Па. Середня кінетична енергія, яку мають молекули газу Дж. Яке число молекул газу перебуває у посудині?
Рішення	Як основу для вирішення задачі використовуємо основне рівняння МКТ: Концентрація молекул (n) це: де N - кількість молекул газу, що шукається. Підставимо праву частину виразу (1.2) у (1.1), маємо: Проведемо обчислення:
Відповідь	молекул.

Найбільш простою фізичною моделлю газової термодинамічної системи є ідеальний газ. Істота цієї моделі у наступному.

• 1. Молекули газу представляються малими частинками (матеріальними точками), сумарний об'єм яких дуже малий у порівнянні з обсягом, який займає газ.
• 2. Передбачається, що до зіткнення молекули між собою не взаємодіють (тобто не обмінюються енергією). Інакше кажучи, потенційна крива моделі ідеального газу має вигляд, наведений на рис. 4.2, а.Якщо вважати, що молекули – «нестерпні кульки» з радіусом г 0 ,то потенційна енергія їхньої взаємодії дорівнює нулю при відстанях гміж їхніми центрами, більшими, ніж 2 г 0 ,і нескінченно велика при г (насправді для реальних молекул під їх радіусом слід розуміти не радіус молекули-кульки, а деякий радіус ( г, г 2)ефективної взаємодії між молекулами, що визначається їх властивостями і видом потенційної кривої взаємодії та кінетичною енергією частинок, що стикаються, яка залежить від температури (див. рис. 4.2, б)).
• 3. Вважається, що молекули під час зіткнення обмінюються енергіями за законами абсолютно пружного зіткнення (див. підрозділ 1.4.5).

Мал. 4.2. Потенційні криві U(r) (г-радіус взаємодії) для моделі: а- Ідеального газу; б- реального газу (г, і г 2- ефективні радіуси взаємодії за різних температур)

4. Допускається, що немає жодних додаткових фізичних обмежень (на кількість частинок, обсяг, тиск, температуру та ін. - вони можуть бути будь-якими) та зовнішніх впливів на систему загалом.

Ми маємо також на увазі, що ідеальний газ є сукупністю величезної кількості молекул, що перебувають у стані термодинамічної рівноваги (система замкнута). У такій системі термодинамічна рівновага встановлюється лише за рахунок взаємодій між молекулами за їх взаємних зіткнень. При цьому в системі встановлюється статична рівновага, яка означає, що всі розподіли частинок (за енергіями, швидкостями тощо) залишаються незмінними в часі. Класичний ідеальний газ підпорядковується так званої статистики Больцмана (класичної статистики).

Макроскопічне рівняння стану ідеального газу (може бути отримано з молекулярно-кінетичних уявлень про гази. Відомо, що однією з основних властивостей газу є здатність чинити тиск на стінки судини, що його укладає. Визначимо цей тиск для ідеального газу, що складається з молекул одного сорту. Насамперед нагадаємо, що тиск ргазу на стінки судини є результатом сукупної дії його молекул при їх ударах об стінку. За визначенням, тиск задається силою, що діє з боку газу на одиницю поверхні стінки судини, що обмежує його, і перпендикулярної цієї поверхні.

Направимо вісь хперпендикулярно стінці судини. Згідно з другим законом Ньютона, сила, що діє з боку газу на одиницю поверхні стінки і перпендикулярна до її поверхні, дорівнює зміні перпендикулярної складової імпульсу всіх молекул газу, що ударяються об стінку за одиницю часу. Так як молекул дуже багато і вони ударяються об стінку дуже часто, то можна замінити їхню сумарну дію однією безперервно діючою силою. Ця сила усереднює і згладжує окремі поштовхи. Такий опис відповідає статистичному методу. Так починається перехід від ньютонівської механіки до статистичного опису: місце та час удару кожної молекули об поверхню стінки зовсім не важливі для аналізу аналізованого явища (тиску). Загальний ефект їхньої дії і є те, що входить до статистичного закону. Тільки він важливий для статистичного опису системи. Проте міркування треба розпочинати з розгляду окремого удару.

Коли молекула, пружно взаємодіючи, відскакує від стінки судини, перпендикулярна складова її швидкості змінює знак зворотний, а абсолютна величина швидкості не змінюється (див. підрозділ

1.4.5 рис. 1.37 та формули (1.170), (1.171)). При пружному ударі частинки стінку її імпульс не змінюється по абсолютній величині, але змінює свій напрямок. Тому

де т- Маса молекули; і х- проекція її швидкості на напрямок обраної осі (вісь х- перпендикулярна стінці).

Ця зміна імпульсу молекули газу відбувається під дією сили, що діє на молекулу стінки. За третім законом Ньютона «дія одно протидії»: стінка судини, що містить газ, при кожному ударі молекули отримує рівний за величиною і протилежний за напрямом імпульс, рівний 2 ти х.Скільки ударів об одиницю поверхні відбудеться за одиницю часу? У напрямку до майданчика Sрухається велика кількість молекул під різними кутами до нормалі її поверхні (від 0 до ±л/2). Подумки виберемо лише ті з них, проекції швидкостей яких на вісь хлежать в інтервалі від і хдо і х + d та х.Позначимо через d N(v x)число молекул, проекції швидкостей яких на вісь хукладені у зазначеному інтервалі значень, і які за час т досягнуть майданчика Sна стінці судини. Тоді сумарна зміна імпульсу всіх цих молекул в результаті дії на них стінки дорівнює 2mu x dN(u x),а середня за час т сила di? (i; x),діюча з боку стінки на молекули, складе:

Мал. 4.3.

Тиск d р хдіюча з боку молекул з проекціями швидкостей і хна стінку, запишеться у вигляді:

Підрахуємо величину d N(v x).За час т стінки судини досягнуть молекули, що знаходяться в обсязі V = IS = v x xS(Рис. 4.3). Позначивши концентрацію таких молекул через бл(о х), знайдемо:

Концентрація молекул, швидкості яких лежать в інтервалі від і хдо v x + d v x ,може бути записана з використанням функції розподілу f(v x)у вигляді:

де - Нормована функція розподілу числа частинок

за проекціями швидкостей v x , п -їх концентрація і тоді

Тиск, що чиниться на стінку молекулами, що мають проекції швидкості v xв інтервалі від і хдо і х + d v x ,буде

Якщо потрібно підрахувати тиск, який викликається всіма молекулами, необхідно проінтегрувати отриманий вираз за всіма можливими значеннями проекцій швидкостей (нульовою проекцією швидкості на вісь хмають покояться молекули і молекули, що рухаються перпендикулярно до осі. х,а максимально можливе значення проекції швидкості на вісь - умовно «ос», що відноситься до руху молекули вздовж цієї осі з найбільшою швидкістю та тзх).Тому:

Інтегрування проводиться за всіма можливими значеннями проекцій v x.Оскільки в даному випадку газ перебуває у стані термодинамічної рівноваги, то молекули рухаються абсолютно безладно (хаотично) - всі напрямки руху рівноймовірні. Проекції їх швидкостей на будь-яку обрану вісь можуть бути різними за величиною. При кожному зіткненні будь-якої молекули з іншими величина її швидкості повинна, взагалі кажучи, змінюватися, причому з ймовірністю вона може як зростати, так і зменшуватися.

Так як зміни швидкостей молекул при зіткненнях відбуваються випадковим чином, то може статися, що в результаті послідовних зіткнень молекула весь час тільки отримуватиме енергію від інших молекул, і її енергія буде значно вищою за середню енергію, а отже, і швидкості таких молекул також будуть вищими середньої. Можна уявити фантастичний випадок, коли всі молекули зупиняться, передавши всю енергію одній єдиній молекулі. І тут однаково ця єдина молекула матиме кінцеву енергію і кінцеву величину швидкості. Таким чином, швидкість молекул газу не може бути більшою за деяку та тах.Враховуючи малу величину ймовірності зосередження на одній молекулі помітної частки сумарної енергії всіх молекул, можна стверджувати, що надто великі порівняно із середнім значенням швидкості (або енергії) можуть з'являтися дуже рідко. Тому в (4.19) верхню межу інтегрування можна прийняти рівним нескінченності і від цього величина інтеграла практично не зміниться. Практично виключено, що в результаті зіткнень швидкість молекули стане точно дорівнює нулю. Отже, дуже великі і дуже малі, порівняно із середнім значенням швидкості, малоймовірні, причому ймовірність мати значення швидкості о хпрагне до нуля як при v x -> 0, так і за і х-> оо. Звідси також випливає, що швидкості молекул групуються поблизу певного найімовірнішого значення (див. табл. 4.1).

Через ізотропність простору позитивний напрямок осі хможе бути обрано довільно - результат ні залежати від вибору напрями, оскільки вважається, що будь-які напрями у просторі еквівалентні. Оскільки тиск рстворюється лише тими молекулами, які рухаються до стінки (тобто половиною загального числа молекул, які мають позитивні проекції та х),то з урахуванням (4.19) для тиску отримуємо:

де (Див. формулу (4.11)).

Вираз (4.20) можна змінити, перейшовши від проекцій швидкостей молекул до абсолютних значень цих швидкостей. Справді, через хаотичність руху молекул та ізотропності простору: , але звідки:

Підставляючи вираз (4.21) (4.20), отримуємо:

де - Середня кінетична енергія молекул ідеального

Вираз (4.22) є однією із форм запису основного рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу.

Таким чином, тиск ідеального газу дорівнює двом третинам об'ємної густини середньої кінетичної енергії (і) поступального руху молекул.

Іншу форму запису рівняння (4.22) отримаємо, помноживши обидві його частини на об'єм одного моль V Mгазу:

Враховуючи що pV M = RT(Рівняння Менделєєва-Клапейрона для моль газу), a nV M= АТ =6,02 10 23 моль - число Авогадро, маємо RT=

= (2/3) N a іСтавлення позначається до Ь -це

постійна Больцмана: до Ь = 1,38 10 -23 Дж/К. Ця постійна відіграє фундаментальну роль у молекулярній фізиці, фізичній статистиці та термодинаміці. З постійної Больцмана вираз для середньої кінетичної енергії однієї молекули газу записується у вигляді:

твір до Т,має розмірність енергії, є міра енергії теплового руху молекул.

Оцінимо величину до ъ Тдля кімнатної температури

При Т* 300 К, = 1,38 10-23 (Дж/К) 300 К * 4? 10-21 Дж * «0,026 еВ = 26 меВ. Нагадаємо, що 1 еВ = 1,6 10 -19 Дж.

Тепер знайдемо зв'язок тиску із температурою. Для цього в (4.22) підставимо вираз для (4.24) і після скорочень отримаємо:

Вираз (4.25) є іншою формою запису основного рівняння молекулярно-кінетичної теорії. Якщо обидві частини (4.25) помножити на масу молекули т,то отримаємо: тр = тпкГ, або тр = ркь Т,де р - густина газу, звідки слідує, що абсолютна температура Тможе бути визначена виразом:

Вираз (4.26) може бути використаний для градуювання термометрів та вимірювання абсолютної температури Тпо тиску рта щільності р газу.

• У цьому розділі потенційна та внутрішня енергія позначатимуться символом U.
• Тут і далі символом р, який раніше використовувався для позначення імпульсу, будемо позначати тиск. Надалі при зміні позначень це спеціально обговорюватиметься.
• У цьому розділі ми будемо позначати кінетичну енергію буквою р.