Využitie kvapalných plynov v technológii. Zovšeobecnenie poznatkov o zákonoch o plyne. Regulácia tlaku plynu

Nie. "___" __________ 20__

Využitie plynov v technike.

Ciele:

Vzdelávacie: Vysvetliť využitie plynov v technike z hľadiska plynárenských zákonov.

Rozvíjanie: Rozvíjať schopnosť žiakov aplikovať tieto poznatky v praxi a v živote.

Vzdelávacie: V záujme rozvoja vedeckého rozhľadu študentov ukážte úlohu fyzikálnych experimentov. Odhaliť vzťahy príčin a následkov v študovanom materiáli: využitie plynov v technológii.

Vybavenie:

Počas tried:

I. Kontrola domácich úloh.

1. Str 106 cvičenie 9 č.1.

Vzhľadom na to:

,
,
,

odpoveď:

2. Napíšte Charlesov zákon

(
)

3. Napíšte Boyle-Mariottov zákon

(
)

4. Napíšte Gay-Lusacov zákon

(
)

5. Napíšte Mendelejevovu-Claiperonovu rovnicu

(
)

II .Nový materiál.

Plyny majú množstvo jedinečných vlastností, ktoré umožňujú ich využitie v rôznych aplikáciách. technické zariadenia Oh. Správanie sa plynov v rôznych stavoch sa dá ľahko vypočítať pomocou stavovej rovnice plynu. Plyny sa pri rôznych tlakoch správajú odlišne.

Plyn pod vysokým tlakom je elastické teleso.

Tlak vyvíjaný plynom možno určiť z Mendelejevovej-Claiperonovej rovnice:
.

Tlak plynu sa môže meniť zmenou jeho hmotnosti, objemu a teploty. Z toho vyplýva, že tlak plynu možno ovládať zmenou jeho objemu, tlaku alebo hmotnosti.

Príklad: Pumpovaním vzduchu do futbalovej, volejbalovej alebo bicyklovej komory v nej zvyšujeme tlak plynu.

V dôsledku vysokej stlačiteľnosti plynu sa jeho tlaková sila pri expanzii alebo kompresii mení len málo.

Dobrá stlačiteľnosť plynu umožňuje umiestniť veľké množstvá plynov do malých skladovacích objemov.

Aplikácia plynov:

1.Plyn je ako tlmič. Komora auta so stlačeným plynom je ideálnym tlmičom, keďže deformáciu pneumatík tlmí „plynová“ pružina.

2.Plyn ako pracovná kvapalina motora. A) Plyn plní spaľovací priestor spaľovacieho motora a je stlačený na vysoký tlak. Potom sa zapáli, čo vedie k ešte väčšiemu zvýšeniu tlaku. Plyn sa začne rozširovať a tlačí piest, pričom vykonáva prácu počas celého zdvihu piestu. B) Stlačený vzduch v pneumatických systémoch tlačí piest, pričom otvára dvere v autobusoch, metroch, vlakoch. Pneumatické brzdy automobilov a železničných vozňov fungujú podobne. C) Stlačený vzduch je pracovnou kvapalinou pneumatických bucharov používaných v uhoľných baniach a stavebníctve. D) Každá strelná zbraň funguje s využitím pružnosti produktov horenia strelného prachu. Ich tlaková sila vytláča guľku z hlavne, pôsobí na ňu po celej dĺžke kanála a dáva jej obrovskú rýchlosť.

3.riedke plyny. A) Nádoby na skladovanie kvapalných plynov. Steny nádoby sú vyrobené z materiálov so zlou vodivosťou. Medzi stenami vzniká hlboké vákuum, ktoré poskytuje ešte väčšiu tepelnú izoláciu. B) Hlboké vákuum je potrebné aj v katódových trubiciach a mnohých vákuových zariadeniach. C) Hlboké vákuum vzniká aj v urýchľovačoch častíc.

4.Získanie hlbokého vákua. Vytvorené pomocou systému čerpadiel.

III .Upevnenie nového materiálu.

1. Prečo sa stlačené plyny nazývajú aj plynové pružiny?

2. Kde sa používajú plyny v strojárstve?

3. Čo rozumiete pod pojmom riedky plyn?

Domáca úloha: §

Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár

Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.

Hostené na http://www.allbest.ru/

abstraktnénatéma:

« Aplikáciaplynovvtechnika»

Dokončené:

Zachvatkin Vlad

Plyny v strojárstve sa používajú hlavne ako palivo; suroviny na chemický priemysel: chemické prostriedky pri zváraní, plynovom chemicko-tepelnom spracovaní kovov, vytváraní inertnej alebo špeciálnej atmosféry, pri niektorých biochemických procesoch a pod.; chladiace kvapaliny; pracovná kvapalina na vykonávanie mechanickej práce (strelné zbrane, prúdové motory a projektily, plynové turbíny, zariadenia s kombinovaným cyklom, pneumatická doprava atď.): fyzikálne prostredie pre výboj plynu (v plynových výbojkách a iných zariadeniach). V technológii sa používa viac ako 30 rôznych plynov.

Ako palivo sa používajú zemné plyny, spáliteľné a získavané umelo vo forme hlavných (generátorový plyn) alebo vedľajších (koks, vysokopecné a iné plyny) produktov. Hlavnými odberateľmi zemného plynu v hutníctve železa sú vysokopecná výroba a výroba na otvorenom ohni. S využitím zemného plynu sa ročne vyrobí asi 60 % cementu, 60 % skla, cez 60 % keramzitu, vyše 60 % keramiky. Prechod sklárskych pecí na zemný plyn výrazne zlepšuje technickú a ekonomickú výkonnosť výroby skla. V palivovej bilancii strojárskeho priemyslu predstavuje horľavý plyn asi 40 %. Hlavnými spotrebiteľmi sú vykurovacie a tepelné pece. Použitie zemného plynu v týchto peciach namiesto iných druhov palív umožňuje znížiť náklady na vykurovanie, zlepšiť jeho kvalitu, zvýšiť účinnosť pecí a vytvoriť priaznivejšie hygienické a hygienické podmienky v priemyselné priestory. V palivovej bilancii elektrární špecifická hmotnosť zemného plynu je asi 20 %. Významný vplyv má využitie zemného plynu v elektrárňach. Účinnosť inštalácií kotlov v elektrárňach sa pri prechode z tuhého paliva na plynné zvyšuje o 1-4%; počet obslužného personálu sa zníži o 21-26%. Celkové zníženie spotreby paliva v dôsledku zvýšenej účinnosti a zníženej spotreby energie pre vlastnú potrebu je 6--7%. Spaľovanie plynu v peciach nízkokapacitných kotlov zvyšuje účinnosť v porovnaní s používanými kotlami tuhé palivo, o 7-20% (v závislosti od typu paliva) a umožňuje zvýšiť produktivitu o 30% alebo viac. Využitie zemného plynu otvára široké možnosti na vytvorenie jednoduchých, na kovy menej náročných a hospodárnejších kotlov (parných a horúcovodných) na zemný plyn.

Niektoré plyny sú zároveň východiskovou surovinou pre technologické procesy v chemickom priemysle (vyrába sa z nich asi 200 druhov rôznych chemických produktov); Množstvo najväčších ruských chemických závodov funguje na zemný plyn.

Z plynov používaných ako chemické činidlá sa v metalurgickom, chemickom a príbuznom priemysle najviac používa vzduch (atmosférický alebo obohatený kyslíkom) a kyslík. Veľký význam má aj mnoho iných plynov: acetylén, chlór, fluór a vzácne plyny.

Pri zváraní plynom sa väčšinou používa plameň zmesi acetylén-kyslík, ktorý umožňuje vyvinúť veľmi vysokú teplotu (asi 3200 °C). V niektorých prípadoch sa používa atómové vodíkové zváranie, založené na zahrievaní kovu vodíkom, prevedeného do atómového stavu pôsobením elektrického oblúka.

Tepelné spracovanie kovov v peciach je často sprevádzané vystavením chemickým činidlám v plynnom stave. Nasýtenie povrchovej vrstvy ocele uhlíkom sa uskutočňuje jej dlhým zahrievaním v atmosfére plynu, ktorý sa uvoľňuje s uvoľňovaním atómového uhlíka. V zariadeniach priemyselného typu na nauhličovanie plynu sa používa zemný plyn, zmes butánu a propánu atď. Aby sa zabránilo nadmernému uvoľňovaniu sadzí (alebo dechtových látok), zmiešava sa generátorový plyn alebo spaliny čistené od oxidu uhličitého a vodnej pary. s týmito plynmi.

Plyny ako chemické činidlá sa využívajú aj v praxi chemicko-tepelného spracovania povrchu ocele pri jej nitridácii, kyanidácii, hliníkovaní, chrómovaní a pod.. Pri plynovej nauhličovaní ocele hliníkom (prípadne chrómom) dochádza k jej ohrevu v hliníku chloridové pary (chróm). Dusík, antracitový generátorový plyn resp drevené uhlie produkty spaľovania určitých plynov (po odstránení oxidu uhličitého a vodných pár z nich) a produkty disociácie amoniaku v kovospracujúcom priemysle slúžia ako špeciálne ovzdušie na boj proti oxidácii a oduhličeniu kovov, ku ktorým dochádza pri ich zahrievaní v atmosfére vzduchu alebo dymu plynov.

Ako inertné látky na čistenie výbušných zariadení (zásobníky plynu, boxy na čistenie plynu, komunikácie atď.), vodná para, oxid uhličitý a dusík, ako aj zmes oxidu uhličitého a dusíka, napríklad produkty spaľovania plynných palív používa sa malý prebytok vzduchu. Technologické zariadenia s veľkou kapacitou sa pred naplnením plynom (napríklad vodíkom) preplachujú inertnými plynmi. Súčasne sa v zariadení vytlačí atmosférický vzduch a zabráni sa vzniku výbušnej zmesi plynu a vzduchu.

V priemysle elektrických lámp sa na plnenie žiaroviek používa dusík, kryptón, xenón atď.. Plnenie žiaroviek inertným plynom znižuje rýchlosť vyparovania vlákna atď. zvyšuje životnosť lámp.Použitie niektorých vzácnych plynov na tieto účely môže výrazne (až o 30%) zvýšiť svetelnú účinnosť žiaroviek, ktorá má veľký význam, keďže asi 20 % všetkej vyrobenej energie sa minie na potreby osvetlenia. Rozšírené je plnenie žiaroviek zmesou argónu a dusíka, zvlášť vhodné plnivá sú kryptón a xenón, ktoré majú vysokú hustotu a minimálnu tepelnú vodivosť.

Plyny sa tiež používajú na zintenzívnenie niektorých biochemických procesov.Oxid uhličitý a čisté produkty spaľovania bezsírneho paliva možno použiť aj ako hnojivo na báze oxidu uhličitého. Zvýšený obsah oxidu uhličitého (až 0,3%) v atmosfére skleníkov a skleníkov urýchľuje rast a zvyšuje plodnosť niektorých rastlín. Dozrievanie zozbieranej zeleniny a ovocia (paradajky, jablká a pod.) možno urýchliť ich skladovaním v etylénovej atmosfére.

Ako nosiče tepla sa široko používajú tieto plyny: produkty spaľovania (splodiny), vzduch, menej často plynné produkty exotermických procesov (oxidácia amoniaku, výroba anhydridu kyseliny sírovej a pod.). Spaliny ako nosič tepla sa používajú: na priamy ohrev výrobkov alebo materiálov v peciach a sušiarňach; na získavanie a ohrev medziproduktov tepla (para, horúca voda, vzduch atď.). Na riadenie procesu vykurovania spalinami je možné ich riediť vzduchom alebo spalinami. Niekedy sa spaliny používajú na prepravu uhoľného prachu a jeho sušenie v suspenzii.V týchto prípadoch sú spaliny nielen nosičom tepla, ale aj fyzikálnym médiom na prepravu pevných látok v prašnom stave. Vzduch ako medzinosič tepla sa používa v prípadoch, keď je kontaminácia ohrievaného produktu sadzami a popolom obsiahnutým v niektorých spalinách neprijateľná. Vzduch ako nosič tepla sa najčastejšie používa v sušičkách a v niektorých systémoch vykurovania priestorov.

Ako pracovné látky na vykonávanie mechanickej práce sú plyny bežné v plynové turbíny, v strelných zbraniach, v prúdových motoroch a projektiloch a v spaľovacích motoroch. Plyny s nízkou hustotou sa používajú na plnenie vzducholodí a balónov.

Elektrický výboj v plynoch (alebo parách) je široko používaný v elektrotechnike na usmernenie striedavého prúdu, premenu jednosmerného prúdu na striedavý prúd, generovanie elektrických kmitov, osvetlenie plynovými lampami a mi. atď. Výberom vhodných plynov alebo kovových pár je možné zvýšiť vyžarovanie plynových lámp v danej časti spektra. Tým sa dosiahne zvýšenie celkovej svetelnej účinnosti svetelného zdroja.

plynové palivo chemické elektrické

Použité knihy:

1. Kortunov A. K., Plynárenský priemysel, M.;

2. Spaisher V. A., Spaľovanie plynu v elektrárňach a v priemysle, 2. vydanie, M .;

3. Využitie plynu v priemyselných a elektrárňach, v zborníku: Teória a prax spaľovania plynu, c. 3-4, L.;

4. Ryabtsev II, Volkov AE, Výroba plynu z kvapalných palív na syntézu amoniaku a alkoholov. M.

Hostené na Allbest.ru

Podobné dokumenty

Využitie plynov v strojárstve: ako palivo; chladiace kvapaliny; pracovná kvapalina na vykonávanie mechanickej práce; prostredie na vypúšťanie plynov. Regenerátory a rekuperátory na ohrev vzduchu a plynu. Využitie tepla spalín v kotloch na odpadové teplo.

test, pridané 26.03.2015


Druhy a zloženie plynov vznikajúcich pri rozklade ropných uhľovodíkov v procesoch ich spracovania. Použitie zariadení na separáciu nasýtených a nenasýtených plynov a mobilných benzínových staníc. Priemyselná aplikácia spracovateľských plynov.

abstrakt, pridaný 2.11.2014


všeobecné charakteristiky výroba železa a ocele. Fyzikálne a chemické vlastnosti vyrábaných a používaných plynov. Niektoré fyzikálne javy pri použití priemyselných plynov a pary v Čeľabinsku hutnícky závod. Fyzika v plynovej sfére.

abstrakt, pridaný 13.01.2011


Požiadavky a základné charakteristiky skvapalnených plynov. Charakteristika suroviny, činidiel a produktov. Popis technologického postupu a technologickej schémy rektifikácie skvapalnených uhľovodíkových plynov. Stanovenie vstupnej teploty surovín.

semestrálna práca, pridaná 19.02.2014


Teoretický základ absorpcie. Roztoky plynov v kvapalinách. Prehľad a charakteristika absorpčné metódyčistenie výfukových plynov od kyslých nečistôt, posúdenie ich výhod a nevýhod. Technologický výpočet zariadení na čistenie plynu.

semestrálna práca, pridaná 4.2.2015


Pojem a dôvody výtoku plynov ako pracovných procesov v parných a plynových turbínach, dýzach prúdových motorov, ako aj v dýzach a otvoroch rôznych technologických zariadení chemického a potravinárskeho priemyslu. Vypočítané závislosti a ich odvodenie.

prezentácia, pridané 01.02.2014


Teoretické základy tepelného spracovania ocele. Difúzne a rekryštalizačné žíhanie. Kalenie je tepelné spracovanie, pri ktorom oceľ získava nerovnovážnu štruktúru a zvyšuje sa tvrdosť ocele. Aplikácia tepelného spracovania v praxi.

laboratórne práce, doplnené 03.05.2010


Tavenie ocele v elektrických peciach. Čistenie výfukových plynov. Zariadenie na elektromagnetické miešanie kovu. Tavenie ocele v hlavnej elektrickej oblúkovej peci. Metódy intenzifikácie procesu výroby elektrickej ocele. Použitie syntetickej trosky.

semestrálna práca, pridaná 6.7.2009


Suroviny v priemysle: klasifikácia, ťažba, obohacovanie surovín. Podstata, účel a druhy tepelného a chemicko-tepelného spracovania. Moderné metódy spracovania kovov rezaním. Podstata technologických procesov spracovania na sústruhoch.

kontrolné práce, doplnené 10.11.2008


Zmeny v mechanických, fyzikálnych a chemické vlastnosti uhlíkové konštrukčné a nástrojové ocele ako výsledok chemicko-tepelného spracovania. Druhy ocelí, ich účel a vlastnosti. Štrukturálne premeny počas ohrevu a chladenia ocele.

Pneumatický pohon

Dá sa pripísať každému predmetu, v ktorom sa používa plynná látka plynové systémy. Keďže najdostupnejším plynom je vzduch, ktorý sa skladá zo zmesi mnohých plynov, jeho široké využitie na rôzne procesy má na svedomí samotná príroda. Preložené z gréčtiny pneumatikos - vzdušný, čo vysvetľuje etymologický pôvod názvu pneumatické systémy. Technická literatúra často používa kratší termín - pneumatika.

Pneumatické zariadenia sa začali používať v staroveku (veterné turbíny, hudobné nástroje, kováčske mechy a pod.), ale najrozšírenejšie sú v dôsledku vytvorenia spoľahlivých zdrojov pneumatickej energie - kompresorov schopných dodať plynom potrebnú zásobu potenciálnej a (alebo) kinetickej energie.

Pneumatický pohon, pozostávajúci z komplexu zariadení na pohon strojov a mechanizmov, nie je zďaleka jediným smerom využitia vzduchu (vo všeobecnosti plynu) v technike a ľudskom živote. Na podporu tohto ustanovenia stručne zvážime hlavné typy pneumatických systémov, ktoré sa líšia účelom aj spôsobom použitia plynnej látky.

Podľa prítomnosti a príčiny pohybu plynu možno všetky systémy rozdeliť do troch skupín.

Do prvej skupiny patria systémy s prirodzená konvekcia (cirkulácia) plynu (najčastejšie vzduchu), kde pohyb a jeho smer určujú teplotné a hustotné gradienty prirodzeného charakteru, napríklad atmosférický obal planéty, ventilačné systémy priestorov, banské diela, plynové kanály, atď.

Do druhej skupiny patria systémy s uzavreté bunky , nekomunikujúce s atmosférou, v ktorých sa môže meniť skupenstvo plynu v dôsledku zmien teploty, objemu komory, tlakovania alebo nasávania plynu. Patria sem rôzne zásobníky (vzduchové valce), pneumatické brzdové zariadenia (pneumatické nárazníky), všetky druhy elastických nafukovacích zariadení, pneumohydraulické systémy palivových nádrží lietadla a veľa ďalších. Príkladom zariadení využívajúcich vákuum v uzavretej komore môžu byť pneumatické chápadlá (pneumatické prísavky), ktoré sú najefektívnejšie na presúvanie kusových plechových výrobkov (papier, kov, plast a pod.) v automatizovanej a robotizovanej výrobe.

Tretia skupina by mala zahŕňať také systémy, kde sa využíva energia predstlačený plyn vykonávať rôzne práce. V takýchto systémoch sa plyn pohybuje pozdĺž potrubí pomerne vysokou rýchlosťou a má významnú energetickú rezervu. Môžu byť obehu (zatvorené) a necirkulujúce . V obehových systémoch sa výfukové plyny vracajú potrubím do kompresora opätovné použitie(ako pri hydraulickom pohone). Využitie systémov je veľmi špecifické napríklad vtedy, keď je neprípustný únik plynu do okolitého priestoru alebo nie je možné použiť vzduch pre jeho oxidačné vlastnosti. Príklady takýchto systémov možno nájsť v kryogénnej technike, kde sa ako nosič energie používajú agresívne, toxické plyny alebo prchavé kvapaliny (amoniak, propán, sírovodík, hélium, freóny atď.).

V necirkulačných systémoch môže spotrebiteľ použiť plyn ako chemické činidlo (napríklad v zváračská výroba, v chemickom priemysle) alebo ako zdroj pneumatickej energie. V druhom prípade sa ako nosič energie zvyčajne používa vzduch. Existujú tri hlavné oblasti použitia stlačeného vzduchu.

Na prvý smer zahŕňajú technologické procesy, kde vzduch priamo vykonáva operácie fúkania, sušenia, striekania, chladenia, vetrania, čistenia atď. Pneumatické dopravné systémy potrubím sa veľmi rozšírili najmä v ľahkom, potravinárskom a ťažobnom priemysle. Kusové a kusové materiály sa prepravujú v špeciálnych nádobách (kapsulách) a prašné materiály zmiešané so vzduchom sa pohybujú na relatívne veľké vzdialenosti podobne ako tekuté látky.

Druhý smer- použitie stlačeného vzduchu v pneumatických riadiacich systémoch (PSU) na automatické riadenie technologických procesov(pneumatické automatizačné systémy). Tento smer sa intenzívne rozvíjal od 60. rokov vďaka vytvoreniu univerzálneho systému prvkov priemyselnej pneumatickej automatizácie (USEPPA). Široká škála USEPPA (pneumatické snímače, spínače, prevodníky, relé, logické prvky, zosilňovače, prúdové zariadenia, povelové zariadenia atď.) umožňuje na svojom základe realizovať reléové, analógové a analógové reléové obvody, ktoré sú si navzájom blízke. parametre elektrických systémov. Pre svoju vysokú spoľahlivosť sú široko používané na cyklické programové riadenie rôznych strojov, robotov vo veľkovýrobe a v systémoch riadenia pohybu mobilných objektov.

tretí smer aplikácie pneumatickej energie, výkonovo najväčší je pneumatický pohon, ktorý je z vedeckého hľadiska jednou zo sekcií všeobecnej mechaniky strojov. Pri počiatkoch teórie pneumatických systémov bol I.I. Artobolevskij. Bol vedúcim Ústavu strojného inžinierstva (IMASH) v Leningrade, kde sa pod jeho vedením v 40. - 60. rokoch systematizovali a zovšeobecňovali nahromadené informácie o teórii a návrhu pneumatických systémov. Jednou z prvých prác o teórii pneumatických systémov bol článok A.P. Nemecká „Aplikácia stlačeného vzduchu v baníctve“, publikovaná v roku 1933, kde sa prvýkrát rieši pohyb pracovného telesa pneumatického zariadenia spolu s termodynamickou rovnicou stavu parametrov vzduchu.

Významný príspevok k teórii a praxi pneumatických pohonov mali vedci B.N. Bezhanov, K.S. Borisenko, I.A. Bucharin, A.I. Voshchinin, E.V. Hertz, G.V. Kreinii, A.I. Kudryavtsev, V.A. Marutov, V.I. Mostkov, Yu.A. Zeitlin a ďalší.

Plyny majú množstvo vlastností, ktoré ich robia nenahraditeľnými vo veľmi veľkom množstve technických zariadení.

Plynový tlmič nárazov. Vysoká stlačiteľnosť a ľahkosť plynu, možnosť nastavenia tlaku z neho robí jeden z najpokročilejších tlmičov používaných v rade zariadení.

Takto funguje pneumatika auta alebo bicykla. Keď koleso narazí na hrboľ, vzduch v pneumatike sa stlačí a tlak na nápravu kolesa sa výrazne zmierni (obr. 35). Ak by bola pneumatika tuhá, náprava by odskočila až do výšky nerovnosti.

Plyn je pracovnou kvapalinou motorov. Vysoká stlačiteľnosť a výrazne výrazná závislosť tlaku a objemu na teplote robia z plynu nenahraditeľnú pracovnú kvapalinu v motoroch na stlačený plyn a tepelných motoroch.

V motoroch, ktoré bežia na stlačený plyn, ako je vzduch, plyn expanduje a pracuje pri takmer konštantnom tlaku. Stlačený vzduch tlakom na piest otvára dvere v autobusoch a elektrických vlakoch. Stlačený vzduch poháňa piesty vzduchových bŕzd železničných vagónov a nákladných automobilov. Pneumatické kladivo a iné pneumatické náradie sú poháňané stlačeným vzduchom. Aj na kozmických lodiach sú malé prúdové motory, ktoré bežia na stlačený plyn – hélium. Orientujú loď správnym spôsobom.

V spaľovacích motoroch v automobiloch, traktoroch, lietadlách a prúdových motoroch sa ako pracovná kvapalina, ktorá poháňa piest, turbínu alebo raketu, používajú plyny s vysokou teplotou. Pri spaľovaní horľavej zmesi vo valci teplota prudko stúpa na tisíce stupňov, zvyšuje sa tlak na piest a expandujúci plyn koná prácu po celej dĺžke zdvihu piesta (obr. 36).

Ako pracovná kvapalina v tepelných motoroch možno použiť iba plyn. Zahriatie kvapaliny alebo pevnej látky na rovnakú teplotu ako plyn by spôsobilo len nepatrný pohyb piesta.

Akákoľvek strelná zbraň je v podstate tepelný motor. Sila tlaku plynu - produkty horenia výbušnín - vytlačí guľku z vývrtu alebo projektil z ústia pištole. A je nevyhnutné, aby táto sila pôsobila po celej dĺžke kanála. Preto je rýchlosť strely a projektilu obrovská - stovky metrov za sekundu.

riedke plyny. Schopnosť neobmedzenej expanzie vedie k tomu, že získavanie plynov pri veľmi nízkych tlakoch - v stave vákua - je zložitá technická úloha. (V stave vákua molekuly plynu prakticky nenarážajú na seba, ale iba na steny nádoby)

Bežné piestové čerpadlá sa stávajú neúčinnými v dôsledku úniku plynov medzi piestom a stenami valca. S ich pomocou nie je možné získať tlaky pod desatiny milimetra ortuťového stĺpca. Na čerpanie plynov je potrebné použiť zložité zariadenia. V súčasnosti sa dosahujú tlaky rádovo Pa mmHg. čl.).

Vákuum je potrebné hlavne vo vákuových trubiciach a iných elektronické spotrebiče. Elektrické kolízie

nabité častice (elektróny) s molekulami plynu narúšajú normálnu činnosť týchto zariadení. Niekedy je potrebné vytvoriť vákuum vo veľmi veľkých objemoch, napríklad v urýchľovačoch elementárnych častíc.

Vákuum je potrebné aj na tavenie kovov zbavených nečistôt, vytváranie tepelnej izolácie atď.

1. Čo sa nazýva stavová rovnica? 2. Formulujte stavovú rovnicu pre ľubovoľnú hmotnosť ideálneho plynu. 3. Čo je univerzálna plynová konštanta? 4. Ako súvisí tlak a objem plynu v izotermickom procese? 5. Ako súvisí objem a teplota v izobarickom procese? 6. Ako súvisí tlak a teplota v izochorickom procese? 7. Ako možno uskutočniť izotermické, izobarické a izochorické procesy? 8. Prečo sa ako pracovná kvapalina v tepelných motoroch používajú iba plyny?

• Plyny majú množstvo vlastností, ktoré ich robia nenahraditeľnými vo veľmi veľkom množstve technických zariadení. Pomocou stavovej rovnice (3.9.9) je možné stanoviť všetky vlastnosti správania sa plynov, ktoré umožňujú ich praktické využitie.

Plyn - stlačené elastické teleso

Ako vyplýva zo stavovej rovnice, tlak vyvíjaný plynom na steny nádoby je

Tento tlak zmizne len pri m -> 0 (neexistuje takmer žiadny plyn) alebo V -> ∞ (plyn expandoval donekonečna), ako aj pri T -> 0 (molekuly plynu sa nepohybujú).

Sila tlaku plynu na steny F = pS je zvláštnou formou elastickej sily. Plyn je ako pružina, ktorá je vždy stlačená. Je dôležité, aby plyn s malou hmotnosťou bol schopný vytvoriť relatívne veľký tlak.

Regulácia tlaku plynu

Tlak plynu sa môže meniť zmenou jeho objemu alebo teploty. Sila tlaku plynu je navyše ľahko nastaviteľná bez zmeny jeho objemu alebo teploty. Plyn je stlačená „pružina“, ktorej „tuhosť“ sa dá rýchlo meniť pomocou priamo úmernej závislosti tlaku plynu na jej hmotnosti (pozri vzorec (3.11.1)). Zvýšením hmotnosti plynu v akomkoľvek uzavretom priestore môžeme zvýšiť tlak. Robia to napríklad nafukovaním pneumatiky auta alebo futbalovej lopty vzduchom. Uvoľnením časti plynu z nádoby sa zníži jej tlak.

Vysoká stlačiteľnosť plynov

Plyny, najmä pri tlakoch blízkych atmosférickému, sa v porovnaní s kvapalinami a pevnými látkami ľahko stlačia. To znamená, že malá zmena tlaku výrazne zmení ich objem. Naopak, výrazná zmena objemu nevedie k veľkej zmene tlaku.

V dôsledku vysokej stlačiteľnosti plynu sa jeho tlaková sila pri expanzii alebo kompresii mení len málo. Preto plyn, ktorý tlačí piest, vykonáva značné množstvo práce na veľkú vzdialenosť.

Dobrá stlačiteľnosť plynov umožňuje ich skladovanie vo veľkých množstvách vo fľašiach, ktoré sú vhodné na skladovanie. Stlačený zemný plyn sa prepravuje potrubím na vzdialenosti tisícok kilometrov.

Závislosť objemu plynu od teploty

Objem plynov sa výrazne zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Pri zahriatí o 1 °C sa objem plynu pri konštantnom tlaku zväčší stokrát viac ako objem kvapalných a pevných telies.

Všetky uvedené vlastnosti plynov sa využívajú v technológii.

Plyn - tlmič

Vlastnosť plynu nezachovávať svoj tvar, jeho nízka hustota a možnosť nastavenia tlaku robia z plynu jeden z najmodernejších tlmičov.

Takto funguje pneumatika auta alebo bicykla. Keď koleso narazí na hrboľ, pneumatika so vzduchom v nej sa zdeformuje (obr. 3.16) a tlak na os kolesa sa výrazne zmierni. Ak by bola pneumatika tuhá, náprava by vyskočila do výšky nerovnosti alebo viac.

Ryža. 3.16

Plyn - pracovné teleso motorov

Vysoká stlačiteľnosť plynov a výrazná závislosť ich tlaku a objemu od teploty robí z plynu "pohodlnú" pracovnú kvapalinu v motoroch na stlačený plyn a v tepelných motoroch.

V motoroch poháňaných stlačeným plynom, najmä stlačeným vzduchom, sa plyn (vzduch) vďaka svojej dobrej stlačiteľnosti rozťahuje a pracuje pri takmer konštantnom tlaku. Stlačený vzduch tlakom na piest otvára dvere v autobusoch, vlakoch metra a elektrických vlakoch. Stlačený vzduch poháňa piesty vzduchových bŕzd železničných vagónov a nákladných automobilov. Pneumatické kladivo a iné pneumatické náradie sú poháňané stlačeným vzduchom.

Aj na kozmických lodiach sú malé prúdové motory, ktoré bežia na stlačený plyn – hélium. Orientujú loď správnym spôsobom.

V spaľovacích motoroch v automobiloch, traktoroch, lietadlách a prúdových motoroch sa ako pracovná kvapalina, ktorá poháňa piest, turbínu alebo raketu, používajú plyny s vysokou teplotou.

Pri spaľovaní horľavej zmesi vo valci (napríklad benzín a vzduchové pary) prudko stúpa teplota, zvyšuje sa tlak na piest a plyn, expandujúci, koná prácu po celej dĺžke zdvihu piesta (obr. 3.17 ).

Ryža. 3.17

V praxi sa ako pracovná kvapalina v motoroch dá efektívne použiť iba plyn. Zahriatie kvapaliny alebo pevnej látky na rovnakú teplotu ako plyn by spôsobilo len nepatrný pohyb piesta.

Akákoľvek strelná zbraň je v podstate tepelný motor. Pracovnou kvapalinou je tu aj plyn - splodiny horenia výbušnín. Sila tlaku plynu vytlačí guľku z vývrtu alebo projektil z ústia pištole. A je nevyhnutné, aby táto sila pôsobila po celej dĺžke kanála. Preto sú rýchlosti strely a projektilu obrovské: stovky metrov za sekundu.

riedke plyny

Užitočné vlastnosti plynov, úspešne používané v technológii, zohrávajú v niektorých prípadoch negatívnu úlohu. Zbaviť sa plynu, teda dostať plyn do nádoby pri veľmi nízkom tlaku – v stave vákua, keď molekuly plynu nenarážajú do seba, ale len do stien nádoby, je ťažké.

Vysoké vákuum je potrebné v mnohých prípadoch a hlavne v katódových trubiciach a iných vákuových zariadeniach. Niekedy je potrebné vytvoriť vákuum vo veľmi veľkých objemoch, napríklad v obrovských urýchľovačoch častíc alebo na simuláciu vesmíru. Jeden z najväčších simulátorov v Houstone (USA) má priemer 22 m a výšku 15-poschodovej budovy (40 m). Keď astronauti pristáli na Mesiaci, záložná posádka vykonala rovnaké operácie v simulátore. To umožnilo usmerniť činnosť astronautov v prípade nepredvídaných nehôd.

Vysoké vákuum je potrebné aj na mnohé iné účely, najmä na tavenie kovov bez oxidov, vytváranie tepelnej izolácie, napríklad v termoskách.

Bežné piestové čerpadlá sa stávajú neúčinnými v dôsledku úniku plynov medzi piestom a stenami valca. S ich pomocou nie je možné získať tlak pod desatiny milimetra ortuti. Na čerpanie plynov je potrebné použiť rôzne zložité zariadenia.

V súčasnosti sa pri teplote 30 K dosahujú tlaky až 10 -12 Pa. Pri ochladení na teplotu tekutého hélia (= 5 K) by tlak musel byť 10 -31 Pa. Tento tlak už nie je merateľný. Koncentrácia plynu pri tomto tlaku je n = 3 10 -11 m -3. To znamená, že napríklad molekula preletí kockou so stranou 1 m raz za 3 roky. Dokonca aj tlak v medzigalaktickom vesmíre je oveľa vyšší: 10 -27 Pa. A vo vnútri našej galaxie je tlak 10 -15 Pa.