Меню

Давление выше которого нельзя жидкость превратить в газ называется

Давление выше которого нельзя жидкость превратить в газ называется

3. Сжижение газов

Первые успешные опыты превращения газов в жидкое состояние провел английский физик Майкл Фарадей (1791 — 1867). Условия для сжижения газов определили (независимо друг от друга) Д. И. Менделеев и Т. Эндрюс. Воздух был впервые превращен в жидкое состояние Карлом Линде (1842 — 1934). При помощи жидкого воздуха Дж. Дьюару удалось в 1898 году обратить в жидкое состояние водород, а в 1908 г. Г. Камерлинг-Оннес с помощью водорода сжижил гелий.

Газы отличаются от жидких тел расстоянием между молекулами. Казалось бы поэтому, что для сжижения газа достаточно сблизить его молекулы, т. е. сильно сдавить газ. Однако оказалось, что это не так и что для превращения газа в жидкое состояние должна быть путем охлаждения газа снижена движущая (кинетическая) энергия молекул.

Опыт показал, что для каждого газа существует своя определенная максимальная температура, при которой можно превратить газ в жидкость при помощи давления. При температуре более высокой, чем эта температура, газ остается веществом газообразным и ни при каком давлении не превращается в жидкость. Эта температура называется критической температурой газа, а давление, которым при критической температуре можно газ превратить в жидкость, критическим давлением. Оба значения очень важны для любого газа. Так напр., у углекислого газа (СО2) критическая температура 31,1°С, а критическое давление его — 73 ат. Это значит, что при 31,1°С углекислый газ можно превратить в жидкое тело давлением в 73 ат, тогда как при температуре выше 31,1°С простым сжатием углекислый газ нельзя превратить в жидкость.

Название газа Плотность (воздуха = 1) Вес 1 литра в г при 0°С и 760 мм 1 кг газа = литрам газа Уд. вес жидкого газа при темпер. 15°С вода = 1 (4°) Давление паров жидкого газа при 150 атм Точка кипения °С Точка плавления °С Критич. температура °С Критич. давление атм
Азот 0,9701 1,2542 789 0,7914 (-196°) 196° -211° -147° 34
Аммиак 0,5895 0,7621 1 312 0,6138 7,14 -38,5° -75° -132° 112
Аргон 1,379 1,782 561 1,212 (-186°) -186° -190° -121° 51
Ацетилен 0,8988 1,620 617 0,420 (10°) 37,9 -84° -81° 37° 68
Водород 0,0697 0,0900 11 106 0,0763 (-253°) -259° -253° -239° 12
Гелий 0,1382 0,1787 5 596 0,122 (-269°) -269° -272° -268° 2
Двуокись азота 3,1812 4,1126 243 1,451 0,76 26° 11° 171° 100
Двуокись серы 2,2131 2,8611 350 1,3964 2,72 -10° -79° 157° 78
Двуокись углерода 1,5201 1,9652 509 0,814 52,17 -78° -65° 31,1° 73
Закись азота 1,5229 1,9688 508 0,800 49,77 -90° -115° 36° 75
Кислород 1,1055 1,4292 700 0,106 (-183°) -183° -218° -119° 51
Криптон 2,868 3,654 274 2,16 (-152°) -152° -169° -63° 54
Ксенон 4,49 5,717 175 3,52 (107°) -107° -140° 15° 57
Метан 0,5539 0,7160 1 396 0,466 (-160°) -160° -184° -96° 50
Метиламин 1,0737 1,388 720 0,699 (-11°) -6° 155° 72
Неон 0,695 0,9004 1 111 0,456 (-233°) -233° -253° -228° 27
Окись углерода 0,9673 1,2506 800 0,7676 (-184°) -190° -207° -140° 36
Фосген 3,4168 4,4172 227 1,392 1,35 8,2° -118°
Хлор 2,4494 3,1666 316 1,4273 5,75 -33,6° -102° 146° 94
Хлористый метил 1,7438 2,2543 443 0,917 (17°) 4,10 -24° -104° 142° 73
Хлористый этил 2,2280 2,8804 347 0,921 (0°) 1,09 12,5° -143° 182° 54
Этиламин 1,558 2,0141 497 0,689 0,9 18° -85° 177° 66
Этилен 0,9684 1,252 798 0,310 (6°) 46 (6°) -103° -169° 10° 51
Этан 1,038 1,3421 746 0,466 32,3 -84° -171° 35° 45
Читайте также:  Сосуды работающие под давлением какие регистрируются ростехнадзором

Углекислый газ довольно легко превращается в жидкость, потому что его критическая температура сравнительно высока. Еще легче можно превратить в жидкость аммиак (NH3) -132,4°С, 112 ат), сернистый ангидрид (SO2) -157,7°С, 77,7 ат) или хлор (146°С, 94 ат). Большие затруднения обнаружились у азота (-147,1°С, 33,5 ат), кислорода (-119°С, 50 ат) и водорода (-239°С, 12,8 ат). При помощи жидкого водорода удалось превратить в жидкое состояние и гелий (-267,9°С, 2,26 ат), критическая температура которого приближается к абсолютной нулевой точке 0°К.

Абсолютный нуль (точно — 273,16°С = 0°К) — это нижний предел температуры. При этой температуре, согласно кинетической теории, все молекулы находятся в покое. Аналогичный верхний предел температуры по-видимому не существует. На звездах были спектроскопически обнаружены температуры во много миллионов градусов. Однако пока нам удалось достигнуть максимальной температуры около 5000°С.

Сжижение газов является в настоящее время важной отраслью химической промышленности. Так напр., сжижается воздух, и из него при помощи фракционированной дистилляции получается кислород, азот и редкие газы. Сжижается хлор и в жидком виде транспортируется в стальных баллонах на отбельные заводы. Жидкие сернистый ангидрит, аммиак и другие жидкие газы применяются в холодильных установках. Их действие заключается в том, что сильно сжатому компрессором и охлажденному газу представляется возможность сразу расшириться (в пространстве, из которого компрессором отсасывается воздух через так наз. редукционный клапан); в результате этого газ так сильно охлаждается, что превращается в жидкость (явление Джоуля-Томсона). Испарением жидкого газа охлаждается рассол (крепкий солевой раствор), который затем распределяется по помещениям, предназначенным для охлаждения.

Технически важные газы транспортируются в стальных баллонах, которые согласно нормам должны быть сделаны из хорошей стали методом Маннесмана (как бесшовные трубы). В них можно транспортировать: сжатые газы (до 150 ат), а именно кислород, водород, азот, окись углерода, метан, водяной газ, светильный газ и воздух, а также жидкие газы (их критическая температура так высока, что и при относительно высоком давлении они остаются жидкими), а именно сернистый ангидрид, закись азота, углекислый газ, хлор, фосген, аммиак, масляный газ, и газы растворенные, как ацетилен.

Новые стальные баллоны нельзя наполнять, пока они тщательно не проверены, особенно на давление. Проверка на давление производится периодически (ацетиленовые баллоны проверяются сжатым азотом, прочие — гидравлическим давлением) и на каждом баллоне отмечается меткой. Все баллоны необходимо отметить цветной полосой (кислород — синей, водород — цвета красной киновари, азот — зеленой, аммиак — фиолетовой, углекислый газ — красной, ацетилен — белой, хлор — желтой, воздух — серебряно-алюминиевым покрытием и т. д.). Цветные полосы должны быть шириной в 10 см и находиться под верхней закругленной кромкой баллона. Баллоны закрыты затворными клапанами, которые предохраняются металлическими колпачками. Нарезки затворных клапанов для горючих газов нарезаются левой резьбой, для газов негорючих — правой. К главному клапану присоединяется устройство с редуктором, на котором находятся два манометра. Один показывает давление в баллоне, другой — давление выпускаемого газа.

Читайте также:  В сосуде объемом находится каково давление смеси

Стальные баллоны необходимо оберегать от ударов (при транспортировке) и нельзя подвергать действию высокой температуры (оставлять на солнце или вблизи от отопительной установки или печи). У кислородных баллонов нарезки нужно смазывать не смазочным маслом, а глицерином.

Источник

Закон Паскаля для жидкостей и газов. Передача давления жидкостями и газами

Закон Паскаля для жидкостей и газов гласит, что давление, распространяясь в веществе, не меняет свою силу и передается во все стороны одинаково. Жидкие и газообразные субстанции ведут себя под давлением с некоторыми отличиями. Разница обусловлена особенностями поведения частиц и весом газов и жидкостей. В статье мы будем подробно рассматривать все это с помощью наглядных экспериментов.

Передается ли давление жидкости

Возьмем сосуд цилиндрической формы, который сверху герметично закрыт поршнем. Внутри находится жидкость, а на поршне стоит гиря. Она оказывает давление с силой, равной ее весу. Это давление передается жидкости. Ее молекулы, в отличие от частиц твердого тела, могут свободно перемещаться друг относительно друга. В их расположении нет строгого порядка, они разбросаны хаотически.

Знание об особенностях движения частиц разных веществ в дальнейшем поможет нам понять закон Паскаля для жидкостей и газов. Как же будут вести себя молекулы жидкости, если мы будем действовать на них с силой давления гири? Ответить на этот вопрос нам поможет опыт.

Как ведет себя жидкость под давлением

Моделью жидкости будут стеклянные шарики, а моделью сосуда — коробочка без крышки. Шарики, так же как и частицы жидкого вещества, свободно перемещаются в емкости. Возьмем любой предмет, по ширине совпадающий с шириной коробочки. Он будет имитировать поршень.

Надавим поршнем на жидкость. Как ведут себя ее молекулы? Мы видим, что они давят и на дно емкости, и на ее стенки. Толкают друг друга и стремятся выпасть из коробочки. Если бы это была настоящая жидкость, то она стремилась бы выплеснуться из сосуда. Позже, изучая закон Паскаля для жидкостей и газов, мы увидим это на опыте. Из-за того что молекулы перемещаются свободно, давление, оказываемое гирей, передается и в стороны, и вниз. А что будет, если заменить жидкость газом?

Как ведет себя воздух под давлением

Допустим, у нас есть цилиндр с поршнем, заполненный воздухом. Сверху на поршень кладем груз. Как передается давление, производимое на газ? Когда поршень смещается вниз, расстояние между молекулами в верхней части газа уменьшается, но это ненадолго. Скорость молекул газа составляет сотни метров в секунду. Расстояние между ними гораздо больше их размеров. Они движутся в случайных направлениях и сталкиваются между собой.

Когда поршень опускается, частицы просто запираются в меньшем объеме. В результате они чаще ударяются о стенки сосуда, и при уменьшении объема газа его давление увеличивается. Этот постулат нужно запомнить, чтобы потом легче было понять закон Паскаля для жидкостей и газов. Количество ударов в секунду на каждый квадратный сантиметр практически одно и то же. Это значит, что давление, которое производит поршень, передается во всех направлениях без изменения.

Читайте также:  Как правильно проверить давление бензонасоса

Передача давления в разных направлениях

Закон Паскаля, передачу давления жидкостями и газами нельзя понять, если не разобраться в одной странности: как получается, что мы давим вниз, а давление передается и вниз, и в стороны? А что если к цилиндру присоединить трубку, будет ли давление передаваться по ней вверх? Проведем опыт.

Возьмем два шприца, наполненных водой, и соединим их трубкой. Понаблюдаем, как будет передаваться давление жидкостью, которая находится в шприцах. Надавим на поршень одного шприца. Сила давления на поршень, а значит, и на жидкость, направлена вниз. Однако мы видим, что поршень второго шприца поднимается вверх. Получается, что давление, передаваясь через трубку, меняет направление силы. Интересно, что шприцы можно разместить не только вертикально, но и под прямым углом друг к другу. Результат будет тем же самым.

Выльем воду, и в шприцах останется воздух. Повторим опыт. В ходе эксперимента мы увидим, что и газ передает давление во всех направлениях. Разница с жидкостью только одна. Если максимально опустить поршень одного шприца вниз и зафиксировать его пальцем, то при нажатии на поршень другого шприца газ будет сжиматься. Его объем уменьшится примерно два раза, а поршень будет норовить отскочить вверх. Этот газ, стремящийся увеличить свой объем, заставляет поршень двигаться вверх. С жидкостью было бы по-другому, ее бы не удалось так легко сжать.

Закон Паскаля

Передачу давления жидкостями и газами мы будем изучать с помощью опыта. Его придумал французский физик Блез Паскаль. Возьмем пустотелый шар, к которому присоединена стеклянная трубка. В разных частях шара (сверху, сбоку, снизу) есть маленькие отверстия. Внутри трубки размещен поршень. Это специальный прибор для демонстрации закона Паскаля.

Наполним шар через трубку водой, чтобы посмотреть, как она будет себя вести. Хотя сила тяжести действует на шар сверху вниз, струйки воды вытекают из отверстий шара под углом, в сторону и даже вверх. Конечно, они немного отклоняются от своего первоначального направления, потому что на них действует сила тяжести. Мы видим, что давление, производимое на воду, передается во всех направлениях.

Если вместо воды взять дым и проделать этот опыт, будем наблюдать передачу давления в газе воочию, ведь дым — это газ, окрашенный мелкими частицами сажи или смолы. Из-за того что он очень легкий, на него не будет так сильно действовать сила тяжести, он не будет так сильно, как струйки воды, отклоняться от своего первоначального положения. Можем сделать такой вывод: давление, оказываемое на жидкость или газ, передается, не меняя силу, в любую точку жидкости и газа во всех направлениях. Это и есть закон Паскаля для жидкостей и газов. Формула: P = F/S, где P — это давление. Оно равно отношению силы F к площади S, на которую она действует перпендикулярно.

Источник

Adblock
detector