Свойства газов

Плотность газа. Зависит от давления и температуры. Поэтому указа­ние плотности сопровождают указанием давления и температуры, при которых она (плотность) определена. Давление и температуру обычно не указывают, когда идет речь о плотности при стандартных условиях (давление 760 мм рт. ст. и температура 20°С). Не следует путать стандартные условия с нормальными (давление 760 мм рт. ст. и температура 0°С). Плотность воздуха, например, при стандартных условиях равна 1,206 кг/м³, а при нормальных условиях – 1,293 кг/м³.

Удельный объем. Эта величина, обратная плотности: v = 1/r. Часто пользуются относительной плотностью газа по воздуху ∆ = r/r_возд.

Вязкость газа. Вязкость газа, как и вязкость жидкости, – свойство, являющееся причиной внутреннего трения, а следовательно, и сопротивления при дви­жении.

Вязкость газа определяется главным образом количеством движения, переносимым молекулами при переходе из одного слоя в другой. При увеличе­нии температуры повышается скорость движения молекул, а отсюда и перено­симое количество движения. Поэтому вязкость при повышении температуры возрастает.

Если известна динамическая вязкость при 0° С (h₀), то вязкость при тем­пературе Т (h_Т), измеряемой в градусах Кельвина, может быть вычислена по при­ближенной формуле Сазерленда:

.

(7.19)

Вязкость идеальных газов не зависит от давления. Вязкость реальных газов при увеличении давления возрастает.

Интересно отметить, что если динамическая вязкость природных газов меньше вязкости воды, то их кинематическая вязкость, напротив, больше вяз­кости воды.

Теплоемкость газа. Теплоемкость (массовая, удельная, истинная) – это количество тепла, необходимого для нагревания единицы массы газа на один градус: с = dQ/dT; размерность ее в Дж/(кг^.К).

Теплоемкость зависит не только от природы газа, но и от происходящего процесса. Если газ нагревается изохорически (термодинамический процесс происходит при постоянном объеме), то все подводимое тепло Q идет на увеличение внутренней энергии U. Тогда теплоемкость при постоянном объеме

.

(7.20)

Если же газ нагревается изобарически (термодинамический процесс происходит при постоянном давлении), то подводимое тепло идет не только на увеличение внутренней энергии, но и на совершение работы. Теплоемкость при постоянном давлении

.

(7.21)

Энтальпия. Функция I = U + рV – называется энтальпия. Если в выражении для i заменить рV на RТ (уравнение Клапейрона) и затем продифференцировать i по Т, полу­чится формула Майера: с_р = c_V + R, связывающая между собой теплоемкости c_р и c_v.

Эффект Джоуля – Томсон. Это изменение температуры реального газа при дросселировании. Падение давления в газопроводе можно рассматривать как дросселирование, равномерно распределенное по длине трубопровода. При обычных для газопроводов давлении и температуре дросселирование при­водит к охлаждению газа. Снижение температуры газа при его движении по трубопроводу из-за эффекта Джоуля – Томсона можно объяснить так.

Считается, что дроссельный процесс энергетически изолирован. В этом случае внутренняя энергия газа остается неизменной. Неизменной остается и энтальпия. Внутренняя энергия включает в себя кинетическую энергию молекул и потенциальную энергию их взаимодействия. Газ при движении по трубопроводу расширяется. Расширение газа сопровождается увеличением расстояния между молекулами и, следовательно, увеличением потенциальной энергии их взаимного притяжения. Но увеличение потенциальной энергии должно привести к снижению кинетической энергии (поскольку, как уже было сказано, внутренняя энергия остается неизменной). Это снижение кинетиче­ской энергии молекул означает уменьшение температуры газа из-за эффекта Джоуля – Томсона. Эффект Джоуля – Томсона характеризуется коэффи­циентом Джоуля – Томсона .

Дата добавления: 2015-08-05