Toate dependențele obținute mai sus pentru gazele ideale sunt valabile pentru amestecurile lor, dacă substituie constant gazul, masa moleculară și capacitatea de căldură a amestecului în ele.
Legea lui Dalton. In ingineria prac-căpușă de multe ori trebuie să se ocupe de substanțe în formă de gaz aproape de proprietăți ideale pentru gaze și pre-resents un amestec mecanic al componentelor individuale ale diferitelor gaze, reacționând chimic unul cu celălalt. Acesta este așa-numitul amestec de gaze. Ca un exemplu pot fi menționate produsele de ardere a combustibilului în motoarele cu ardere internă, cuptoare și cuptoare pas rovyh cazane, aer umed în instalațiile de uscare-TION și altele asemenea. N.
Legea fundamentală care guvernează comportamentul unui amestec de gaze este legea lui Dalton: presiunea totală a unui amestec de gaze ideale este egală cu suma presiunilor parțiale ale tuturor componentelor care o compun:
Presiunea parțială pi este presiunea, care ar avea un gaz, dacă ar fi ocupat întregul volum al amestecului la aceeași temperatură.
Metode de specificare a amestecului. Compoziția amestecului de gaze trebuie să fie dată de fracții de masă, volum sau mol.
Fracțiunea de masă este de obicei menționată ca raportul de masă al componentei individuale Mi. la masa amestecului M:
Este evident că și.
Fracțiile de masă sunt deseori specificate ca procentaj. De exemplu, pentru aer uscat; .
Fracțiunea de volum este raportul dintre volumul redus de gaz V și volumul total al amestecului V :.
Este obișnuit să se apeleze volumul care ar ocupa componenta gazoasă dacă presiunea și temperatura acesteia ar fi egale cu presiunea și temperatura amestecului.
Pentru a calcula volumul redus, scriem două ecuații pentru starea componentei i:
Prima ecuație se referă la o componentă de gaz în amestec, atunci când acesta are o pi presiune parțială și ocupă volumul amestecului jumătate de TION, iar a doua ecuație - adaugă o stare în care componentele de presiune și temperatură sunt pentru amestec, p și T. Din ecuații rezultă că
Sintetizând relația (2.2) pentru toate componentele amestecului, obținem, ținând seama de legea lui Dalton, din care. Fracțiile de volum sunt, de asemenea, deseori specificate ca procentaj. Pentru aer ,.
Uneori este mai convenabil să se precizeze compoziția unui amestec cu fracțiuni molare. Fracția molară este raportul dintre numărul de moli de Ni ai componentei și numărul total de moli ai amestecului N.
Lăsați amestecul gazos să fie constituit din moli N1 din primul mol moie de component al celui de-al doilea component, etc. Numărul de moli ai amestecului și fracția molară a componentei va fi.
În conformitate cu legea lui Avogadro, volumele oricărui gaz la același p și T, în special la temperatura și presiunea amestecului, sunt aceleași într-o stare ideală de gaz. Din acest motiv, volumul redus al oricărei componente trebuie calculat ca produs al volumului molii după numărul de moli ai acestei componente, și anume volumul amestecului prin formula. Apoi, și, în consecință, alocarea gazelor mixte prin fracțiuni molare este egală cu specificarea fracțiilor de volum.
Constanta de gaz a amestecului de gaze. Rezumând ecuațiile (2.1) pentru toate componentele amestecului, obținem. Având în vedere, se poate scrie
Rezultă din (2.3) că amestecul gazelor ideale se supune, de asemenea, ecuației Clapeyron. Deoarece rezultă din punctul 2.4 că constanta gazului din amestec [J / (kg-K)] are forma
Masa moleculară aparentă a amestecului. Să formăm în mod oficial constanta gazului amestecului R. Introducerea masei oculare aparente a amestecului: (2.6)
Comparând marginile drepte ale relațiilor (2.5) și (2.6), găsim
Rezoluția fracțiunilor de masă implică acest lucru
Rezumând acest raport pentru toate componentele și luând în considerare faptul că, obținem o expresie pentru molecula aparentă și masa aparentă a amestecului, dată de fracțiile de volum:
Raportul dintre acțiunile volumetrice și masa. Luând în considerare (2.7), obținem.
Împărțim numărul și numitorul acestei formule cu masa amestecului M, obținem
Expresia analitică a primei legi a termodinamicii
Prima lege a termodinamicii este un caz special al legii generale de conservare și transformare a energiei în ceea ce privește fenomenele termice. În conformitate cu ecuația lui Einstein, trebuie luată în considerare o singură lege a conservării și transformării masei și energiei. Mai mult decât atât, în termodinamica tehnică avem de-a face cu astfel de viteze mici ale obiectului că defectul de masă este zero și, prin urmare, legea conservării energiei poate fi considerată independent.
Legea conservării și transformării energiei este o lege fundamentală a naturii, care se bazează pe generalizarea unei cantități uriașe de date experimentale și se aplică tuturor fenomenelor naturii. El afirmă că energia nu dispare și nu se mai ridică din nou, ci doar de la o formă la alta, iar pierderea de energie de un fel dă o cantitate echivalentă de energie de alt fel.
Printre primii oameni de știință care au confirmat principiul conservării materiei și energiei, a fost compatriotul nostru MV Lo-monosov (1711-1765).
Lăsați un anumit corp de lucru cu volumul V și masa M, având o temperatură T și o presiune p, să comunice dintr-o cantitate infinit de mică de căldură. Ca urmare a intrării de căldură, corpul se încălzește la dT și crește volumul cu dV.
O creștere a temperaturii corpului indică o creștere a energiei cinetice a particulelor sale. O creștere a volumului corpului duce la o schimbare a energiei potențiale a particulelor. Drept urmare, energia internă a corpului crește cu dU. Deoarece mediul de lucru este înconjurat de un mediu care exercită o presiune asupra acestuia, atunci în timpul dilatării, acesta produce lucrări mecanice împotriva forțelor de presiune externă. Întrucât nu există alte modificări în sistem, conform legii conservării energiei
adică căldura furnizată sistemului, merge la creșterea energiei sale interne și la performanța lucrărilor externe.
Ecuația rezultată este expresia matematică a primei legi a termodinamicii. Fiecare dintre cei trei membri ai acestei relații trebuie să fie pozitiv, negativ sau egal cu zero. Să luăm în considerare câteva cazuri particulare.
1. - nu există schimb de căldură între sistem și mediu, adică căldura nu este furnizată sistemului și nu este deviată de acesta. Un proces fără transfer de căldură este numit adiabatic. Merită să spunem că pentru el ecuația (2.8) ia forma:
În consecință, munca de expansiune efectuată de sistem în procesul adiabatic este egală cu scăderea energiei interne a sistemului dat. În cazul comprimării adiabatice a fluidului de lucru, munca petrecută în exterior vizează în întregime creșterea energiei interne a sistemului.
2. - volumul corpului nu se modifică, dV = 0. Un astfel de proces se numește izocor. pentru el
adică cantitatea de căldură furnizată sistemului la un volum constant este egală cu creșterea energiei interne a sistemului dat.
3. dU = 0 - energia internă a sistemului nu se modifică și
ᴛ.ᴇ. Căldura transferată în sistem este transformată într-o activitate externă echivalentă.
Este important de menționat că pentru un sistem care conține 1 kg de corp de lucru
Ecuațiile integrate (2.8) și (2.9) pentru un anumit proces, obținem expresia pentru prima lege a termodinamicii în formă integrală:
Energia internă a sistemului include:
energia cinetică a mișcării translaționale, rotative și vibraționale a particulelor;
energia potențială a interacțiunii particulelor;
energia cojilor de electroni ai atomilor;
În majoritatea proceselor de căldură și energie, ultimele două componente rămân neschimbate. Din acest motiv, o podvnutrenney distanta-Nation Ener-gieybudem dau seama cer energie de mișcare haotică a atomilor si moleculelor, inclusiv translatie consecventă a energiei, Vera-atenție și mișcări oscilatorii atât moleculare și intramoleculară precum energia potențială a forțelor de interacțiune între molecule.
Kin ?? eticheskaya energie a moleculelor este o funcție de temperatură, valoarea energiei potențiale dependente de media, el distanța dintre moleculele și, prin urmare, a volumului ocupat de gaz V, m. E. Este o funcție de V. În această energie internă U are o funcție starea corpului.
Este important de observat că pentru un sistem complex este determinat de suma energiilor părților individuale, adică de proprietatea aditivității. Valoarea u = U / M, numită energia internă specifică (J / kg), este energia internă a unei unități de masă a materiei.
În cele ce urmează, pentru scurtcircuit, vom numi cantitatea și pur și simplu energia internă. Deoarece energia internă este o funcție a stării corpului, ea poate fi reprezentată ca o funcție a doi parametri arbitrari independenți care determină această stare:
Schimbarea sa în procesul termodinamic nu depinde de natura procesului și este determinată numai de stările inițiale și finale ale corpului:
- valoarea energiei interne în starea inițială și - în starea finală. Matematic, aceasta înseamnă că o schimbare infinitezimală în energia internă du este diferența totală u; dacă exprimăm energia internă ca funcție a volumului și temperaturii specifice, atunci
Energia interna a unui gaz ideal, care nu are nici o interacțiune forță-Corolarului între moleculele nu depinde de volumul sau presiunea gazului, așa cum este determinat de temperatura sa, în acest sens, derivata energiei interne a temperaturii gazului ideal este complet derivata:
Pentru problemele de termodinamică tehnică, nu este valoarea absolută a energiei interne care este importantă, ci schimbarea ei în diferite procese termodinamice. Prin urmare, originea energiei interne trebuie aleasă arbitrar. De exemplu, în conformitate cu acordul internațional, valoarea energiei interne la o temperatură de 0,01 ° C și o presiune de 610,8 Pa este adoptată pentru apă pe zero și pentru gazele ideale la 0 ° C, indiferent de presiune.
Citiți de asemenea
Sarcina teoriei termodinamice a amestecurilor de gaze este calculul proprietăților și parametrilor amestecului în funcție de proprietățile și parametrii componentelor amestecului și de compoziția acestuia. Sunt luate în considerare amestecurile de echilibru ale gazelor ideale nereacționate a căror compoziție nu se modifică în procese. [citeste mai mult].
In ingineria prac-căpușă de multe ori trebuie să se ocupe de substanțe în formă de gaz aproape de proprietăți ideale pentru gaze și pre-resents un amestec mecanic al componentelor individuale ale diferitelor gaze, reacționând chimic unul cu celălalt. Acesta este așa-numitul gaz. [citeste mai mult].
Presiunea parțială și volumul componentelor din amestec de gaze ideale caracterizate de aditivitate presiuni parțiale și volume parțiale. Aceasta înseamnă că fiecare gaz într-un amestec ideal se comportă ca și cum într-un volum dat ar fi unul. Presiune parțială. [citeste mai mult].
Toate dependențele obținute mai sus pentru gaze ideale sunt valabile și pentru amestecuri ale acestora, în cazul în care înlocuirea constantă a gazului, greutatea moleculară și capacitatea termică a amestecului. Legea lui Dalton. Substanțe gazoase care sunt aproape de proprietățile gazelor ideale și sunt ele însele. [citeste mai mult].
În motoarele termice (mașini), mediul de lucru este un amestec de gaze diferite. În cazul în care componentele amestecului nu intră în reacție chimică cu altele, și fiecare componentă satisface ecuația Clapeyron stare, un astfel de amestec este considerat ca fiind un gaz ideal. Pentru. [citeste mai mult].
Dacă sunt plasate mai multe gaze inerte chimic într-un spațiu închis, ca urmare a amestecării lor mecanice, se formează o substanță cu noi proprietăți termodinamice, numită amestec de gaze. Dacă desemnați masa, volumul și presiunea. [citeste mai mult].
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: