Газы в технике. Применение сжатых газов Использование газов в технике презентация

Применение газов в технике

Цель: Изучить свойства газов и их применение в технике

воспитательные: формировать рефлексию, привычку оказывать помощь и поддержку друг другу при выполнении , добросовестное отношение к выполняемому заданию;

развивающие: развитие речи, памяти, внимания, интереса к предмету, умения работать с физическими приборами, с учебником, дополнительной литературой, умения выделять главное, применять знания на практике.

Ход урока

Орг. момент Проверка домашнего задания (тест) Организация работ учащихся по группам Выступление групп Домашнее задание – параграф 4.8

I вариант

1. Количество вещества измеряется в:

А. молекулах

В. атомах

Г. килограммах

Е. кг/моль

2. Молярная масса – это:

А. масса вещества

Б. масса одного моля вещества

В. относительная молекулярная масса

Г. масса одной молекулы (одного атома)

Д. количество вещества

Е. 1/12 массы атома углерода

3. Постоянная Авогадро численно равна:

4. Графиком изотермического процесса является:

А. парабола

Б. прямая

В. ломаная

Г. кубическая парабола

Д. гипербола

Е. эллипс

5. Закон Гей-Люссака математически записывается так:

6. Количество вещества равно отношению:

Г. массы вещества к молярной массе

7. Постоянная величина в уравнении Клапейрона называется:

А. постоянной Авогадро

Б. постоянной Больцмана

В. универсальной газовой постоянной

Г. абсолютной температурой

Д. количеством вещества

Е. молярной массой

8. При изотермическом процессе:

9. При изобарном нагревании:

Д. температура растёт, а давление уменьшается

10. При изотермическом сжатии:

В. объём увеличивается, а давление уменьшается

II вариант

1. Молярная масса измеряется в:

А. молекулах

В. атомах

Г. килограммах

Е. кг/моль

2. Закон Шарля математически записывается так:

3. Графиком изохорного процесса является:

А. парабола

Б. прямая

В. ломаная

Г. кубическая парабола

Д. гипербола

Е. эллипс

4. Постоянная Больцмана численно равна:

5. Абсолютная температура измеряется в: А. градусах по Фаренгейту

Б. градусах по Цельсию

В. градусах по Реомюру

Г. Кельвинах

Е. термометрах

6. Постоянная Авогадро – это:

А. масса одного моля вещества

Б. число молекул в единице объёма вещества

В. число молекул в моле вещества

Г. универсальная газовая постоянная

Д. отношение массы вещества к его молярной массе

Е. отношение числа молекул вещества к числу молекул в моле вещества

7. Количество вещества равно отношению:

А. массы молекулы (атома) к молярной массе

Б. молярной массы к постоянной Авогадро

В. массы вещества к относительной молекулярной массе

Г. числа молекул (атомов) к постоянной Авогадро

Д. числа молекул (атомов) к молярной массе

Е. массы молекулы (атома) к постоянной Авогадро

8. При изобарном процессе:

А. при увеличении давления объём уменьшается

Б. при увеличении давления объём увеличивается

В. давление и объём не меняются

Г. при уменьшении давления объём уменьшается

Д. при увеличении температуры объём увеличивается

Е. при увеличении объёма температура уменьшается

9. При изохорном охлаждении:

А. давление и температура неизменны

Б. температура растёт, а давление увеличивается

В. температура постоянна, а давление растёт

Г. объём увеличивается, а давление неизменно

Д. температура и давление уменьшается

Е. объём и температура неизменны

10. При изотермическом расширении:

А. температура постоянна, а давление уменьшается

Б. температура постоянна, а давление увеличивается

В. температура увеличивается, а давление уменьшается

Г. объём и давление уменьшаются

Д. объём и температура уменьшаются

Е. давление и температура неизменны.

Правильные ответы:

I вариант – Б Б Е Д Д Г В А Г Б

II вариант – Е Г Б Г Г В Г Д Д А

Критерии оценки результатов тестового задания:

9-10 верно – «5»

8 верно – «4»

6-7 верно – «3»

< 6 верно – «2»

Для слабоуспевающих учащихся предлагается физический диктант

P*V=const – формула _______ процесса Графиком изобарного процесса является _______ При изохорном процессе с уменьшением температуры давление ________ По закону Гей-Люссака при увеличении объёма давление _________ V/T=const является формулой закона ________ По закону Бойля-Мариотта постоянной величиной является _________ Изобарное нагревание – когда температура растёт, а давление ________ Из трёх графиков – изобары, изотермы, изохоры гиперболой является _______ При изотермическом сжатии температура постоянна, а давление _______ При изобарном процессе постоянной величиной является _______

Класс делится на группы, по заданным материалам учащиеся готовят кластер и защищают его.

Свойства газов

Газ (газообразное состояние) (от нидерл. gas, восходит к др.-греч. чЬпт) — одно из четырех агрегатных состояний вещества, характеризующееся очень слабыми связями между составляющими его частицами (молекулами, атомами или ионами), а также их большой подвижностью. Частицы газа почти свободно и хаотически движутся в промежутках между столкновениями, во время которых происходит резкое изменение характера их движения. Так же термин «газ» можно определить как вещество, температура которого равна или превышает критическую точку, при такой температуре сжатие газа не приводит к образованию жидкости. В этом и заключается отличие газа от пара. При повышении давления насыщенный пар частично превращается в жидкость, газ нет.

Газообразное состояние вещества в условиях, когда возможно существование устойчивой жидкой или твёрдойфазы этого же вещества, обычно называется паром.

Подобно жидкостям, газы обладают текучестью и сопротивляются деформации. В отличие от жидкостей, газы не имеют фиксированного объёма и не образуют свободной поверхности, а стремятся заполнить весь доступный объём (например, сосуда).

Газообразное состояние — самое распространённое состояние вещества Вселенной (межзвёздное вещество, туманности, звёзды, атмосферы планет и т. д.). По химическим свойствам газы и их смеси весьма разнообразны — от малоактивных инертных газов до взрывчатых газовых смесей. Понятие «газ» иногда распространяют не только на совокупности атомов и молекул, но и на совокупности других частиц — фотонов, электронов, броуновских частиц, а также плазму.

Важнейшей чертой теплового движения молекул газа — это беспорядочность (хаотичность) движения. Экспериментальным доказательством непрерывного характера движения молекул является и броуновское движение.

Диффузия — это явление самопроизвольного проникновения молекул одного вещества в другое. В результате взаимной диффузии веществ происходит постепенное выравнивание их концентрации во всех областях занимаемого ими объёма. Установлено, что скорость протекания процесса диффузии зависит от рода веществ и температуры.

Одним из самых интересных явлений, подтверждающих хаотичность движения молекул, является броуновское движение, которое проявляется в виде теплового движения микроскопических частиц вещества, находящиеся во взвешенном состоянии в газе. Это явление в 1827 году впервые наблюдал Р. Браун, от имени которого оно получило название. Беспорядочность перемещения таких частиц объясняется случайным характером передачи импульсов от молекул газа частице с разных сторон. Броуновское движение оказывается тем заметнее, чем меньше частица и чем выше температура системы. Зависимость от температуры свидетельствует о том, что скорость хаотического движения молекул возрастает с увеличением температуры, именно поэтому его и называют тепловым движением.

Газ как

Амортизатор можно с уверенностью назвать важнейшим компонентом подвески любого автомобиля. Без этого небольшого узла езда была бы просто невыносимой по причине непрерывной вертикальной раскачки кузова автомобиля. Автомобильный амортизатор играет роль своеобразного демпфера, гасящего колебания пружин, рессор или торсионов. Масса кузова автомобиля распределяется на пружины подвески таким образом, что последние постоянно сжаты на определенную величину в зависимости от веса машины и жесткости пружин. Таким образом, каждое колесо автомобиля имеет возможность перемещаться как вверх, так и вниз относительно кузова. За счет этого достигается постоянный контакт каждого колеса с дорожным покрытием независимо от того попадает колесо на кочку или в яму. Но если бы не было амортизатора, то контакт с дорогой не был бы постоянным из-за колебаний пружин. Многим , наверное, знакомы ощущения, когда колеса машины начинают подпрыгивать на малейшей неровности и даже на скорости от 30 км/ч чувствуется ухудшение контроля над автомобилем. Такие симптомы как раз говорят о вышедшем из строя амортизаторе. Из всего вышесказанного можно понять, что амортизатор служит для гашения излишних колебаний пружин и обеспечения постоянного контакта колес с дорожным покрытием. Разновидности амортизаторов Если спросить любого водителя о том, какие типы амортизаторов ему известны, то ответ будет примерно таков: масляные, газо-масляные и газовые. И это в корне неверно, так как абсолютно во всех автомобильных амортизаторах присутствует масло или другая жидкость (об этом позже). Более корректно амортизаторы можно разделить на масляные и газовые. И если не затрагивать всевозможные пневматические и регулируемые подвески, то амортизаторы бывают одно - и двухтрубные. Двухтрубный масляный (гидравлический) амортизатор Гидравлический двухтрубный амортизатор является самым простым, самым дешевым и, к сожалению, самым нестабильным. Двухтрубный амортизатор состоит из следующих компонентов: цилиндрический корпус (резервуар); рабочий цилиндр; клапан прямого хода (сжатия) встроенный в рабочий цилиндр; поршень; клапан обратного хода (отбоя) встроенный в поршень; шток; кожух. Рабочий цилиндр расположен в корпусе амортизатора, который служит одновременно резервуаром и наполнен определенным количеством масла. Поршень соединен со штоком и располагается в рабочем цилиндре. Принцип работы такого амортизатора весьма прост. При работе на сжатие, поршень со штоком движется вниз и вытесняет масло через клапан прямого хода из рабочего цилиндра в корпус амортизатора. При этом воздух, который находится в верхней части резервуара, немного сжимается. При работе на отбой, поршень движется в обратном направлении и через клапан обратного хода перепускает масло из корпуса в рабочий цилиндр. У гидравлического амортизатора имеется ряд серьезных недостатков. Главным недостатком является нагрев. Как известно гашение одной энергии порождает возникновение другой, так и в амортизаторе – компенсированные колебания пружины превращаются в и масло соответственно нагревается. Из-за двухтрубной конструкции и сравнительно малого объема, масло быстро нагревается, но плохо охлаждается. Данная проблема автоматически порождает следующую – вспенивание масла. Бороться с этим никак нельзя, но бывалые автолюбители очень часто пытаются избавиться от аэрации, путем заполнения нового амортизатора маслом что называется «под завязку».

Газ как рабочее тело двигателей

Рабомчее темло — в теплотехнике и термодинамике условное несменяемое материальное тело, расширяющееся при подводе к нему теплоты и сжимающееся при охлаждении и по перемещению рабочего органа тепловой машины. В теоретических разработках рабочее тело обычно обладает свойствамиидеального газа.

На практике рабочим телом тепловых двигателей являются продукты сгорания углеводородного топлива (бензина, дизельного топлива и др.), или водяной пар, имеющие высокие термодинамические параметры (начальные: температура, давление, скорость и т. д.)

В холодильных машинах в качестве рабочего тела используются фреоны, гелий,

ДВИГАТЕЛЬ ТЕПЛОВОЙ, машина для преобразования тепловой энергии в механическую работу. В тепловом двигателе происходит расширение газа, который давит на поршень, заставляя его перемещаться, или на лопатки колеса турбины, сообщая ему вращение. Примерами поршневых двигателей являются паровые машины и двигатели внутреннего сгорания ( и дизельные). Турбины двигателей бывают газовые (например, в авиационных турбореактивных двигателях) и паровые.

В поршневых тепловых двигателях горячий газ расширяется в цилиндре, перемещая поршень, и тем самым совершает механическую работу. Для превращения прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вала обычно используется кривошипно-шатунный механизм.

В двигателях внешнего сгорания (например, в паровых машинах) рабочее тело нагревают за счет сжигания топлива вне двигателя и подают в цилиндр газ (пар) под высокими температурой и давлением. Газ, расширяясь и перемещая поршень, охлаждается, а давление его падает до близкого к атмосферному. Этот отработанный газ удаляется из цилиндра, а затем в него подается новая порция газа – либо после возврата поршня в исходное положение (в двигателях одинарного действия – с односторонним впуском), либо с обратной стороны поршня (в двигателях двойного действия). В последнем случае поршень возвращается в исходное положение под действием расширяющейся новой порции газа, а в двигателях одинарного действия поршень возвращается в исходное положение маховиком, установленным на валу кривошипа. В двигателях двойного действия на каждый оборот вала приходится два рабочих хода, а в двигателях одинарного действия – только один; поэтому первые двигатели в два раза мощнее при одинаковых габаритах и скоростях.

В двигателях внутреннего сгорания горячий газ, который перемещает поршень, получают за счет сжигания смеси топлива и воздуха непосредственно в цилиндре.

Для подвода свежих порций рабочего тела и выпуска отработанного газа в двигателях применяется система клапанов. Подвод и выпуск газа производятся при строго определенных положениях поршня, что обеспечивается специальным механизмом, который управляет работой впускных и выпускных клапанов.

Разреженные газы

Длина свободного пути молекул обратно пропорциональна давлениюгаза. С разрежением газа она естественно увеличивается, достигая, например, 1 см при давлении 0,009 мм рт. ст. и нескольких километров при высоком разрежении(высоком ). В этих условиях, когда средняя длина пути становится много большей, чем размеры сосуда, столкновения между молекулами газа случаются относительно редко, и каждая данная молекула пролетает от однойстенки сосуда до другой большей частью без столкновений с другими молекулами. В результате такие свойства, как вязкость, диффузия, теплопроводность, которые зависят в основном от межмолекулярных столкновений, существенно меняются. Очень сильное уменьшениетеплопроводности газов при высоком разрежении практически используется в термосах, в производственных и лабораторных сосудах Дьюара. Тепловая изоляция достигается в них в основном именно тем, что сосуды делаются сдвойными стенками и в пространстве между ними создается высокий вакуум.

Шотландский химик Джеймс Дьюар (1842—1923). Он приготовил в большом количествежидкий кислород, который хранил в изобретенном им сосуде, получившем название сосуда Дьюара. Сосуд Дьюара — это колба с двойными стенками, из пространства между которыми выкачан воздух Теплопроводность разреженногогаза между стенками настолько мала, что температура вешества, помешенноро в сосуд, долгое время остается постоянной. Чтобы еще более замедлить процесс передачи тепла, Дьюар посеребрил стенки сосуда, (Бытовой термос — это всего-навсего сосуд Дьюара, закрывающийся пробкой.)

Глубокий вакуум

Для достижения глубокого вакуума, например порядка 10-6 мм рт. ст., используют так называемые диффузионные насосы. Различают два основных типа диффузионных насосов: ртутные и масляные. Они бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми, чаще всего двухступенчатыми.

Получение глубокого вакуума

На рис. 1 показана схема стеклянного диффузионного ртутного насоса. Он состоит из резервуара 1 с ртутью, соединенного с холодильником 2. Ртуть доводят до кипения нагреванием газовой горелкой или электропечью. Пары ртути поднимаются по трубке 3, поступают в холодильник, в котором конденсируются и возвращаются в резервуар / по трубке 4. Принцип действия насоса основан на том, что вследствие частичной конденсации паров ртути внутри холодильника вблизи конца трубки 5 давление паров ртути (или иной жидкости) оказывается пониженным. Поэтому газ, находящийся в трубке 6, диффундирует в область с пониженным давлением и затем трубке 7 уносится к форвакуумной части установки

При сравнительно большом давлении в установке пары ртути, выходящие из трубки 5, сталкиваясь с молекулами газа, находящимися около конца этой трубки, отражаются по всем направлениям. Газ, находящийся в Трубке 6, при этом диффундирует во встречный поток паров ртути, еще не успевшей сконденсироваться. Применять диффузионный ртутный насос в таких случаях не следует.

При работе диффузонного насоса необходимо очень внимательно следить за правильным охлаждением конденсационной части. Подавать воду в холодильник следует до начала нагревания печи под резервуаром со ртутью и отключать после прекращения кипения ртути. Однако включать обогрев насоса следует только после того, как форвакуум уже будет создан.

При любом нарушении работы установки следует немедленно выключить нагревание ртутного насоса и до его полного охлаждения ничего не предпринимать для исправления ошибки или аварии. Причинами аварии могут быть: перегрев холодильника в результате остановки или замедления поступления воды, поломка холодильника вследствие усиления тока воды через горячий прибор. Если давление в установке повысится, кипение ртути прекратится, а ее температура начнет подниматься. Авария может произойти и при внезапном вскипании перегретой ртути.

Для получения вакуума порядка 10-6 мм рт. ст. необходимо установить последовательно два одноступенчатых насоса или один двухступенчатый.

На рис. 2 показан двухступенчатый масляный высоковакуумный диффузионный насос с внутренним электрообогревом. Масла в него следует заливать не более 60—70 см3. Нужно следить за тем, чтобы нагревательная спираль была полностью покрыта диффузионным минеральным слоем толщиной до 2 мм. Избыток масла может препятствовать нормальному ходу работы, так как вызывает задержку кипения. Примерно после 15-минутного разогревания, диффузионный насос начинает работать. Если требуется; отключить насос, сперва отключают электронагрев, дают маслу остыть приблизительно до 400C и лишь тогда" выключают охлаждение и проветривают насос.

Диффузионное масло нужно время от времени заменять свежим. О пригодности диффузионного масла можно судить по его окраске: сильно окрашенное масло для работы непригодно.

Рис. 1. Стеклянный ртутный диффузионный насос

Рис. 2Стеклянный высоковакуумный масляный двухступенчатый диффузионный насос.

После удаления масла из прибора внутреннюю часть насоса промывают четыреххлористым углеродом. Перед наполнением насоса маслом все остатки растворителя должны быть полностью удалены.

Для объяснения свойств вещества в газообразном состоянии используется модель идеального газа. Идеальным принято считать газ, если:

а) между молекулами отсутствуют силы притяжения, т. е. молекулы ведут себя как абсолютно упругие тела;

б) газ очень разряжен, т. е. расстояние между молекулами намного больше размеров самих молекул;

в) тепловое равновесие по всему объему достигается мгновенно. Условия, необходимые для того, чтобы реальный газ обрел свойства идеального, осуществляются при соответствующем разряжении реального газа. Некоторые газы даже при комнатной температуре и атмосферном давлении слабо отличаются от идеальных.

Основными параметрами идеального газа являются давление, объем и температура.

Одним из первых и важных успехов МКТ было качественное и количественное объяснение давления газа на стенки сосуда.Качественное объяснение заключается в том, что молекулы газа при столкновениях со стенками сосуда взаимодействуют с ними по законам механики как упругие тела и передают свои импульсы стенкам сосуда.

На основании использования основных положений молекулярно-кинетической теории было получено основное уравнение МКТ идеального газа, которое выглядит так: р = 1/3 т 0 пv 2 .

Здесь р - давление идеального газа, m 0 -

масса молекулы, п - концентрация молекул, v 2 - средний квадрат скорости молекул.

Обозначив среднее значение кинетической энергии поступательного движения молекул идеального газа Е k получим основное уравнение МКТ идеального газа в виде: р = 2/3nЕ k .

Однако, измерив только давление газа, невозможно узнать ни среднее значение кинетической энергии молекул в отдельности, ни их концентрацию. Следовательно, для нахождения микроскопических параметров газа нужно измерение какой-то еще физической величины, связанной со средней кинетической энергией молекул. Такой величиной в физике является температура.Температура - скалярная физическая величина, описывающая состояние термодинамического равновесия (состояния, при котором не происходит изменения микроскопических параметров). Как термодинамическая величина температура характеризует тепловое состояние системы и измеряется степенью его отклонения от принятого за нулевое, как молекулярно-кинетическая величина характеризует интенсивность хаотического движения молекул и измеряется их средней кинетической энергией.

E k = 3/2 kT, где k = 1,38 10 -23 Дж/К и называетсяпостоянной Больцмана.

Температура всех частей изолированной системы, находящейся в равновесии, одинакова. Измеряется температура термометрами в градусах различных температурных шкал. Существует абсолютная термодинамическая шкала (шкала Кельвина) и различные эмпирические шкалы, которые отличаются начальными точками. До введения абсолютной шкалы температур в практике широкое распространение получила шкала Цельсия (за О °С принята точка замерзания воды, за 100 °С принята точка кипения воды при нормальном атмосферном давлении).

2. Электрический ток в растворах и расплавов электролитов . Закон электролиза. Применение электролиза в технике.

Вещества, которые проводят электрический ток называются электролитами. Изменение химического состава раствора или расплава при прохождении через него электрического тока. Обусловленное потерей или присоединении электронов ионами, называют электролизом.

Майкл Фарадей установил, что при прохождении эл. тока через электролит масса вещества m, выделившегося на электроде, пропорциональна заряду q, прошедшего через электролит:

m=k*q или m=k*I*t.

Зависимость, полученную Фарадеем, называют законом электролиза. Коэффициент пропорциональности k называется электрохимическим эквивалентом.

k=1/e*N a * M/n ==> m=1/e*N a * M/n *I *t.

Коэффициент k численно равен массе выделившегося на электродах вещества при переносе ионами заряда в 1 Кл:

k=m/q; [k]=кг/Кл.

Произведение заряда электрона на число Авогадро называется числом Фарадея: 96500 Кл/моль.

Число Фарадея это электрический заряд, переносимый веществом в количестве 1 моль при электролизе.

В электрическом поле ионы электролита приходят в движение: положительные ионы движутся к катоду, а отрицательные к аноду. Так возникает электрический ток в электролите. При встречи положительного и отрицательного ионов, происходит их соединение – рекомбинация.

С помощью электролиза из солей и оксидов получают многие металлы. Электролитический способ дает возможность получать вещества с малым количеством примесей. Путем электролиза можно наносить тонкие слои металлов, эти слои могут служить защитой изделия от окисления. Такой способ называется – гальваностегией.

При длительном пропускании тока, получается толстый слой металла, который может быть отделен с сохранением формы – гальванопластика. Явление электролиза лежит в основе принципа действия кислотных и щелочных аккумуляторов, где используют обратимость процесса электролиза.

Газы в технике Газы в технике, применяются главным образом в качестве топлива; сырья для химической промышленности: химических агентов при сварке, газовой химико-термической обработке металлов, создании инертной или специальной атмосферы, в некоторых биохимических процессах и др.; теплоносителей; рабочего тела для выполнения механической работы (огнестрельное оружие, реактивные двигатели и снаряды, газовые турбины, парогазовые установки, пневмотранспорт и др.): физической среды для газового разряда (в газоразрядных трубках и др. приборах). В технике используется свыше 30 различных Г.

Как топливо применяют природные газы горючие и получаемые искусственно в виде основной (генераторный Г.) или побочной (коксовый, доменный и др. Г.) продукции. Основные потребители природного Г. в чёрной металлургии - доменное и мартеновское производство. С использованием природного Г. производится ежегодно около 60% цемента, 60% стекла, свыше 60% керамзита, свыше 60% керамики. Перевод стекловаренных печей на природный Г. значительно улучшает технико-экономические показатели производства стекла. В топливном балансе машиностроительной промышленности на долю горючего Г. приходится около 40%. Основными потребителями являются нагревательные и термические печи. Применение в этих печах природного Г. вместо др. видов топлива позволяет снизить стоимость нагрева, улучшить его качество, повысить кпд печей и создать более благоприятные санитарно-гигиенические условия в производственных помещениях. В топливном балансе электростанций СССР удельный вес природного Г. составляет около 20%. Применение природного Г. на электростанциях даёт значительный эффект. Кпд котельных установок на электростанциях при переводе с твёрдого на газовое топливо увеличивается на 1-4%; уменьшается на 21-26% количество обслуживающего персонала. Суммарное снижение расхода топлива за счёт повышения кпд и снижения расхода электроэнергии на собственные нужды составляет 6-7%. Сжигание Г. в топках котлов малой производительности увеличивает кпд по сравнению с котлами, использующими твёрдое топливо, на 7-20% (в зависимости от сорта топлива) и позволяет повысить производительность на 30% и более. Использование природного Г. открывает широкие возможности для создания простых, менее металлоёмких и более экономичных котлов (паровых и водогрейных), работающих на природном Г.

Некоторые Г. являются в то же время исходным сырьём для технологических процессов в химической промышленности (из них вырабатывается около 200 видов различных химических продуктов); на природном Г. работает ряд крупнейших химических комбинатов СССР.

Из числа Г., используемых в качестве химических агентов, воздух (атмосферный или обогащенный кислородом) и кислород получили наибольшее распространение в металлургических, химических и смежных с ними отраслях промышленности (см. Воздух и Кислород в технике). Большое значение имеют также многие др. Г.: ацетилен, хлор, фтор и редкие Г.

При газовой сварке большей частью используется пламя ацетилено-кислородной смеси, позволяющее развивать очень высокую температуру (около 3200 °С). В отдельных случаях применяют атомноводородную сварку, основанную на нагреве металла водородом, превращенным в атомарное состояние под действием электрической дуги.

Тепловую обработку металлов в печах часто сопровождают воздействием химических агентов, находящихся в газообразном состоянии. Насыщение поверхностного слоя стали углеродом (см. Цементация ) производится путём длительного нагрева её в атмосфере Г., диссоциирующих с выделением атомарного углерода. В установках промышленного типа для газовой цементации применяют: природный Г., бутан-пропановую смесь и др. Во избежание чрезмерного выделения сажи (или смолистых веществ) к этим Г. подмешивают генераторный газ или дымовые газы, очищенные от углекислого газа и паров воды.

Г. как химические агенты применяются также в практике химико-термической обработки поверхности стали при её азотировании , цианировании , алитировании , хромировании и др. При газовой цементации стали алюминием (или хромом) её нагревают в парах хлористого алюминия (хрома). Азот , генераторный газ из антрацита или древесного угля, продукты горения некоторых Г. (после удаления из них углекислого газа и паров воды) и продукты диссоциации аммиака в металлообрабатывающей промышленности служат в качестве специальных атмосфер для борьбы с окислением и обезуглероживанием металлов, которые происходят при их нагреве в атмосфере воздуха или дымовых газов.

В качестве инертных веществ для продувки взрывоопасной аппаратуры (газгольдеров, газоочистных коробок, коммуникаций и т. п.) применяют водяной пар, углекислый газ и азот, а также смесь углекислого газа с азотом, например продукты горения газообразного топлива, сжигаемого с малым избытком воздуха. Технологические аппараты большой ёмкости продуваются инертными газами перед их заполнением Г. (например, водородом). При этом вытесняется находящийся в аппарате атмосферный воздух и предотвращается образование взрывчатой смеси Г. - воздух.

В электроламповой промышленности для наполнения ламп накаливания применяются азот, криптон, ксенон и др. Наполнение ламп накаливания инертным газом уменьшает скорость испарения нити и т. о. увеличивает срок службы ламп.Использование для этих целей некоторых редких Г. позволяет значительно (до 30%) увеличить световую отдачу ламп накаливания, что имеет большое значение, т. к. на нужды освещения расходуется около 20% всей вырабатываемой в СССР энергии. Широко распространено наполнение ламп накаливания аргоно-азотной смесью, особенно подходящими наполнителями являются криптон и ксенон, обладающие высокой плотностью и минимальной теплопроводностью.

Г. применяются также для интенсификации некоторых биохимических процессов, Углекислый газ и чистые продукты горения бессернистого топлива могут быть и пользованы в качестве углекислого удобрения. Повышенное содержание углекислого газа (до 0,3%) в атмосфере теплиц и оранжерей ускоряет рост и увеличивает плодоношение некоторых растений. Дозревание сорванных овощей и плодов (томатов, яблок и др.) можно ускорить хранением их в атмосфере этилена.

В качестве теплоносителей широко распространены следующие Г.: продукты горения (дымовые Г.), воздух и реже газообразные продукты экзотермических процессов (окисления аммиака, получения серного ангидрида и др.). Дымовые газы как теплоноситель используют: для непосредственного обогрева изделий или материалов в печах и сушилках; для получения и подогрева промежуточных теплоносителей (водяного пара, горячей воды, воздуха и др.). Для регулирования процесса нагрева дымовыми газами их можно разбавлять воздухом или отходящими газами. Иногда дымовые газы служат для транспортировки угольной пыли и её подсушки во взвешенном состоянии, В этих случаях дымовые газы являются не только теплоносителем, но и физической средой для переноса твёрдых тел, находящихся в пылевидном состоянии. Воздух как промежуточный теплоноситель используют в тех случаях, когда недопустимо загрязнение нагреваемого продукта сажей и золой, содержащимися в некоторых дымовых газах. Чаще всего воздух как теплоноситель применяется в сушилках и в некоторых системах отопления помещений.

В качестве рабочих веществ для совершения механической работы Г. распространены в газовых турбинах , в огнестрельном оружии, в реактивных двигателях и снарядах, а также в двигателях внутреннего сгорания. Для наполнения дирижаблей и аэростатов используются Г., имеющие невысокую плотность.

Электрический разряд в Г. (или парах) широко применяется в электротехнике для выпрямления переменного тока, преобразования постоянного тока в переменный, генерации электрических колебаний, освещения газосветными лампами и ми. др. Подбором соответствующих газов или паров металлов можно повышать излучение газосветных ламп на заданном участке спектра. Этим достигается увеличение общей световой отдачи источника света (см. Электрический разряд в газах , Газосветная трубка ).

Лит.: Кортунов А. К., Газовая умышленность СССР, М., 1967; Спейшер В. А., Сжигание газа на электростанциях и в промышленности, 2 изд., М., 1967; Использование газа в промышленных и энергетических установках, в сборнике: Теория и практика сжигания газа, в. 3-4, Л., 1967-68; Рябцев И. И., Волков А. Е., Производство газа из жидких топлив для синтеза аммиака и спиртов. М., 1968.

В. А. Спейшер.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Газы в технике" в других словарях:

Газообразные вещества, способные гореть. В широком смысле слова к Г. г. относятся водород, окись углерода, сероводород, газообразные углеводороды (например, метан, этан, этилен). В технике под Г. г. обычно понимают природные и… …

Газы (французское gaz; название предложено голланским учёным Я. Б. Гельмонтом), агрегатное состояние вещества, в котором его частицы не связаны или весьма слабо связаны силами взаимодействия и движутся свободно, заполняя весь предоставленный им… … Большая советская энциклопедия

I Газы (французское gaz; название предложено голланским учёным Я. Б. Гельмонтом агрегатное состояние вещества, в котором его частицы не связаны или весьма слабо связаны силами взаимодействия и движутся свободно, заполняя весь… … Большая советская энциклопедия

Группа → 18 ↓ Период 1 2 Гелий … Википедия

Источником для получения С. в больших размерах служат, во первых, залежи самородной С. и, во вторых, сернистые и сернокислые металлы, как природные (напр. колчедан, гипс и пр.), так и получаемые искусственно (главным образом как отброс при разных … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Газогенератор, аппарат для термической переработки твёрдых и жидких топлив в горючие газы, осуществляемой в присутствии воздуха, свободного или связанного кислорода (водяных паров). Получаемые в Г. газы называются генераторными. Горение твёрдого… … Большая советская энциклопедия

БЛАГОРОДНЫЕ ГАЗЫ - (см.) простые вещества, образованные атомами элементов главной подгруппы VIII группы (см.): гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. В природе они образуются при различных ядерных процессах. В большинстве случаев их получают фракционной… … Большая политехническая энциклопедия

I В технике Ц. называется волокнистое вещество, получаемое из растительных тканей и по химическому составу представляющее более или менее чистую клетчатку (см.). В настоящей статье рассматривается получение Ц. из дерева. Производство Ц. было… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Идеальный газ – физическая модель реального газа, представляющая

собой совокупность большого числа материальных точек, между которы-

ми отсутствует взаимодействие. В этой модели пренебрегают двумя свойствами реального газа:

1) наличие собственных размеров атомов и молекул; они считаются материальными точками;

2) наличие взаимодействия между частицами (притяжением на больших

расстояниях и отталкиванием на малых)

Как следствие этих пренебрежений реальные газы подчиняются законам идеального газа только при :

1) малых плотностях или концентрациях, когда можно пренебречь размерами молекул и их взаимодействием;

2) при температурах значительно выше температуры сжижения газа, когда кинетическая энергия значительно больше потенциальной энергии притяжения.

Уравнение состояния идеального газа связывает между собой основные термодинамические параметры газа .

Экспериментально для идеального газа получены два уравнения состояния: калорическое и термическое .

Калорическое уравнение связывает внутреннюю энергию газа с температурой:

где с – экспериментальная константа.

Термическое уравнение – уравнение Менделеева-Клапейрона.

Уравнение, устанавливающее связь между давлением, объемом и абсолютной температурой газов, было получено французским физиком Б. Клапейроном (1799-1864). В форме:

его впервые применил великий русский ученый Д.И. Менделеев, поэтому уравнение состояния газа называется уравнением Менделеева-Клапейрона.

Уравнение Менделеева можно записать через другие термодинамические параметры:

1 Так как , то .

2 Если учесть, что , то .

3 По определению плотности , следовательно .

4 По определению концентрации , тогда , , тогда:

– основное уравнение МКТ ,

где – постоянная Больцмана, которая связывает энергию и температуру.

Уравнение Менделеева-Клапейрона справедливо только для идеальных газов.

Уравнение Менделеева-Клапейрона для неизменной массы газа запишется в виде:

Точное значение постоянной в правой части этого уравнения зависит от количества газа. Если количество газа равно одному молю, то соответствующая постоянная обозначается буквой R и называется универсальной газовой постоянной:

Это уравнение называют уравнением состояния идеального газа . Оно было получено в 1834 г. французским физиком и инженером Б. Клапейроном. Универсальную газовую постоянную еще называют газовой постоянной:

Для любой, но постоянной, массы газы из уравнения Менделеева-Клапейрона получаем обобщенный газовый закон: отношение произведения давления газа на объем к его температуре есть величина постоянная для неизменной массы газа:

Изотермический процесс –процесс изменения состояния газа при постоянной температуре: Τ = const . Для его осуществления надо сосуд с поршнем, наполненный газом, привести в контакт с термостатом, т.е. телом настолько большой массы, что она обеспечивает постоянство температуры газа, даже когда отдает газу или получает от него некоторое количество теплоты.

при постоянной температуре получается зависимость

или .

которая описывает закон Бойля-Мариотта: при постоянной температуре, неизменной массе и неизменном химическом составе газа произведение давления на объем есть величина постоянная.

Графики зависимости между параметрами данной массы при постоянной температуре называются изотермами . На рис. 1.1 изображены изотермы в ко

Т 2 >Т 1

ординатах (p , V ), (V , Τ ), (p , Т ).

Закон Бойля-Мариотта – один из основных газовых законов, открытый в 1662 году Робертом Бойлем (1627-1691) и независимо переоткрытый Эдмом Мариоттом (1620-1684) в 1676 году.

Важно уточнить, что в данном законе газ рассматривается, как идеальный. На самом деле, все газы в той или иной мере отличаются от идеального. Чем выше молярная масса газа, тем больше это отличие.

Изобарный процесс – процесс изменения состояния газа при постоянном давлении: p = const .

Количественное исследование зависимости объема газа от температуры при неизменном давлении было произведено в 1802 г. французским физиком и химиком Жозефом Луи Гей-Люссаком (1778-1850).

Из обобщенного газового закона

при постоянном давлении получается зависимость

или,

которая описывает закон Гей-Люссака: объем данной массы газа при постоянном давлении и постоянном химическом составе прямо пропорционален абсолютной температуре.

Графики зависимости между параметрами газа при постоянной массе газа и давлении называют изобарами (рис. 1.2).

р 1

р 2

р 1

р 2

Закон Гей-Люссака можно записать через температуру t

где V 0 – объем газа при 0 °С, α = 1/273 К -1 – температурный коэффициент объемного расширения, оказавшийся одинаковым для всех газов.

Изохорный процесс – процесс изменения состояния газа при постоянном объеме: V = const . Экспериментальным путем зависимость давления газа от температуры при постоянном объёме установлена в 1787 году французским физиком Жаком Шарлем (1746-1823) и уточнена Ж.Л. Гей-Люссаком в 1802 году.

Из обобщенного газового закона

при постоянном объеме получается зависимость

или,

которая описывает закон Шарля или второй закон Гей-Люссака: давление данной массы газа при постоянном объеме и постоянном химическом составе прямо пропорционально абсолютной температуре.

Закон Шарля или второй закон Гей-Люссака можно записать через температуру t , измеряемую по шкале Цельсия:

где р 0 – объем газа при 0 °С, β = 1/273 К -1 – температурный коэффициент давление, одинаковый для всех газов.

V 1

V 2

р 1

р 2

Графики зависимости между параметрами газа при постоянной массе газа и постоянном объеме называют изохорами (рис. 1.3).

Урок в 10 классе «Применение газов в технике»

Цель: Изучить свойства газов и их применение в технике

Задачи: воспитательные :

развивающие :

образовательная

Ход урока

Орг.момент

Проверка домашнего задания (тест)

Организация работ учащихся по группам

Выступление групп

Домашнее задание

Тест

1. Количество вещества измеряется в:

А. молекулах

В. атомах

Г. килограммах

Е. кг/моль

2. Молярная масса – это:

А. масса вещества

Б. масса одного моля вещества

В. относительная молекулярная масса

Г. масса одной молекулы (одного атома)

Д. количество вещества

Е. 1/12 массы атома углерода

3. Постоянная Авогадро численно равна:

4. Постоянная величина в уравнении Клапейрона называется:

А. постоянной Авогадро

Б. постоянной Больцмана

В. универсальной газовой постоянной

Г. абсолютной температурой

Д. количеством вещества

Е. молярной массой

5. При изотермическом процессе:

А. при увеличении давления объём уменьшается

Б. при увеличении давления объём увеличивается

В. давление и объём не меняются

Г. при уменьшении давления объём уменьшается

Д. при увеличении температуры объём увеличивается

Е. при увеличении объёма температура уменьшается

6. Постоянная Авогадро – это:

А. масса одного моля вещества

Б. число молекул в единице объёма вещества

В. число молекул в моле вещества

Г. универсальная газовая постоянная

Д. отношение массы вещества к его молярной массе

Е. отношение числа молекул вещества к числу молекул в моле вещества

7. Количество вещества равно отношению:

А. массы молекулы (атома) к молярной массе

Б. молярной массы к постоянной Авогадро

В. массы вещества к относительной молекулярной массе

Г. числа молекул (атомов) к постоянной Авогадро

Д. числа молекул (атомов) к молярной массе

Е. массы молекулы (атома) к постоянной Авогадро

Класс делится на группы, по заданным материалам учащиеся готовят кластер и защищают его.

Материал к подготовки

Свойства газов

Газ (газообразное состояние) (от нидерл. gas, восходит к др.-греч. χάος) - одно из четырех агрегатных состояний вещества, характеризующееся очень слабыми связями между составляющими его частицами (молекулами, атомами или ионами), а также их большой подвижностью. Частицы газа почти свободно и хаотически движутся в промежутках между столкновениями, во время которых происходит резкое изменение характера их движения. Так же термин «газ» можно определить как вещество, температура которого равна или превышает критическую точку, при такой температуре сжатие газа не приводит к образованию жидкости. В этом и заключается отличие газа от пара. При повышении давления насыщенный пар частично превращается в жидкость, газ нет.

Газообразное состояние - самое распространённое состояние вещества Вселенной (межзвёздное вещество, туманности, звёзды, атмосферы планет и т. д.). По химическим свойствам газы и их смеси весьма разнообразны - от малоактивных инертных газов до взрывчатых газовых смесей. Понятие «газ» иногда распространяют не только на совокупности атомов и молекул, но и на совокупности других частиц - фотонов, электронов, броуновских частиц, а также плазму.

Важнейшей чертой теплового движения молекул газа - это беспорядочность (хаотичность) движения. Экспериментальным доказательством непрерывного характера движения молекул является диффузия и броуновское движение.

Диффузия - это явление самопроизвольного проникновения молекул одного вещества в другое. В результате взаимной диффузии веществ происходит постепенное выравнивание их концентрации во всех областях занимаемого ими объёма. Установлено, что скорость протекания процесса диффузии зависит от рода веществ и температуры.

Газ как амортизатор

Амортизатор можно с уверенностью назвать важнейшим компонентом подвески любого автомобиля. Без этого небольшого узла езда была бы просто невыносимой по причине непрерывной вертикальной раскачки кузова автомобиля. Автомобильный амортизатор играет роль своеобразного демпфера, гасящего колебания пружин, рессор или торсионов. Масса кузова автомобиля распределяется на пружины подвески таким образом, что последние постоянно сжаты на определенную величину в зависимости от веса машины и жесткости пружин. Таким образом, каждое колесо автомобиля имеет возможность перемещаться как вверх, так и вниз относительно кузова. За счет этого достигается постоянный контакт каждого колеса с дорожным покрытием независимо от того попадает колесо на кочку или в яму. Но если бы не было амортизатора, то контакт с дорогой не был бы постоянным из-за колебаний пружин. Многим автолюбителям, наверное, знакомы ощущения, когда колеса машины начинают подпрыгивать на малейшей неровности и даже на скорости от 30 км/ч чувствуется ухудшение контроля над автомобилем. Такие симптомы как раз говорят о вышедшем из строя амортизаторе. Из всего вышесказанного можно понять, что амортизатор служит для гашения излишних колебаний пружин и обеспечения постоянного контакта колес с дорожным покрытием. Разновидности амортизаторов Если спросить любого водителя о том, какие типы амортизаторов ему известны, то ответ будет примерно таков: масляные, газо-масляные и газовые. И это в корне неверно, так как абсолютно во всех автомобильных амортизаторах присутствует масло или другая жидкость (об этом позже). Более корректно амортизаторы можно разделить на масляные и газовые. И если не затрагивать всевозможные пневматические и регулируемые подвески, то амортизаторы бывают одно- и двухтрубные. Двухтрубный масляный (гидравлический) амортизатор Гидравлический двухтрубный амортизатор является самым простым, самым дешевым и, к сожалению, самым нестабильным. Двухтрубный амортизатор состоит из следующих компонентов: цилиндрический корпус (резервуар); рабочий цилиндр; клапан прямого хода (сжатия) встроенный в рабочий цилиндр; поршень; клапан обратного хода (отбоя) встроенный в поршень; шток; кожух. Рабочий цилиндр расположен в корпусе амортизатора, который служит одновременно резервуаром и наполнен определенным количеством масла. Поршень соединен со штоком и располагается в рабочем цилиндре. Принцип работы такого амортизатора весьма прост. При работе на сжатие, поршень со штоком движется вниз и вытесняет масло через клапан прямого хода из рабочего цилиндра в корпус амортизатора. При этом воздух, который находится в верхней части резервуара, немного сжимается. При работе на отбой, поршень движется в обратном направлении и через клапан обратного хода перепускает масло из корпуса в рабочий цилиндр. У гидравлического амортизатора имеется ряд серьезных недостатков. Главным недостатком является нагрев. Как известно гашение одной энергии порождает возникновение другой, так и в амортизаторе – компенсированные колебания пружины превращаются в тепловую энергию и масло соответственно нагревается. Из-за двухтрубной конструкции и сравнительно малого объема, масло быстро нагревается, но плохо охлаждается. Данная проблема автоматически порождает следующую – вспенивание масла. Бороться с этим никак нельзя, но бывалые автолюбители очень часто пытаются избавиться от аэрации, путем заполнения нового амортизатора маслом что называется «под завязку».

Газ как рабочее тело двигателей

Рабо́чее те́ло - в теплотехнике и термодинамике условное несменяемое материальное тело, расширяющееся при подводе к нему теплоты и сжимающееся при охлаждении и выполняющее работу по перемещению рабочего органа тепловой машины. В теоретических разработках рабочее тело обычно обладает свойствамиидеального газа.

В холодильных машинах в качестве рабочего тела используются фреоны, аммиак, гелий, водород, азот

ДВИГАТЕЛЬ ТЕПЛОВОЙ, машина для преобразования тепловой энергии в механическую работу. В тепловом двигателе происходит расширение газа, который давит на поршень, заставляя его перемещаться, или на лопатки колеса турбины, сообщая ему вращение. Примерами поршневых двигателей являются паровые машины и двигатели внутреннего сгорания (карбюраторные и дизельные). Турбины двигателей бывают газовые (например, в авиационных турбореактивных двигателях) и паровые.

В поршневых тепловых двигателях горячий газ расширяется в цилиндре, перемещая поршень, и тем самым совершает механическую работу. Для превращения прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала обычно используется кривошипно-шатунный механизм.

Разреженные газы

Длина свободного пути молекул обратно пропорциональна давлениюгаза. С разрежением газа она естественно увеличивается, достигая, например, 1 см при давлении 0,009 мм рт. ст. и нескольких километров при высоком разрежении(высоком вакууме). В этих условиях, когда средняя длина пути становится много большей, чем размеры сосуда, столкновения между молекулами газа случаются относительно редко, и каждая данная молекула пролетает от однойстенки сосуда до другой большей частью без столкновений с другими молекулами. В результате такие свойства, как вязкость, диффузия, теплопроводность, которые зависят в основном от межмолекулярных столкновений, существенно меняются. Очень сильное уменьшениетеплопроводности газов при высоком разрежении практически используется в термосах, в производственных и лабораторных сосудах Дьюара. Тепловая изоляция достигается в них в основном именно тем, что сосуды делаются сдвойными стенками и в пространстве между ними создается высокий вакуум.

Шотландский химик Джеймс Дьюар (1842-1923). Он приготовил в большом количествежидкий кислород, который хранил в изобретенном им сосуде, получившем название сосуда Дьюара. Сосуд Дьюара - это колба с двойными стенками, из пространства между которыми выкачан воздух Теплопроводность разреженногогаза между стенками настолько мала, что температура вешества, помешенноро в сосуд, долгое время остается постоянной. Чтобы еще более замедлить процесс передачи тепла, Дьюар посеребрил стенки сосуда, (Бытовой термос - это всего-навсего сосуд Дьюара, закрывающийся пробкой.)

Глубокий вакуум

Получение глубокого вакуума

На рис. 2 показан двухступенчатый масляный высоковакуумный диффузионный насос с внутренним электрообогревом. Масла в него следует заливать не более 60-70 см3. Нужно следить за тем, чтобы нагревательная спираль была полностью покрыта диффузионным минеральным слоем толщиной до 2 мм. Избыток масла может препятствовать нормальному ходу работы, так как вызывает задержку кипения. Примерно после 15-минутного разогревания, диффузионный насос начинает работать. Если требуется; отключить насос, сперва отключают электронагрев, дают маслу остыть приблизительно до 400C и лишь тогда" выключают охлаждение и проветривают насос.

Рис. 1. Стеклянный ртутный диффузионный насос

Рис. 2Стеклянный высоковакуумный масляный двухступенчатый диффузионный насос.

Защита кластеров.

Вопросы противоположным командам.

- Всем спасибо за внимание! Оценки выставлю после проверки тестов.

Отчет урока физики в 10 классе.

Данный урок представлен в ходе изучения раздела «Основы молекулярно-кинетической теории». На уроке были учтены возрастные и психологические особенности учащихся, использованы информационно-коммуникативные технологии.

Целью урока является : изучить свойства газов и их применение в технике

Основные задачи урока:

воспитательные : формировать рефлексию, привычку оказывать помощь и поддержку друг другу при выполнении практической работы, добросовестное отношение к выполняемому заданию;

развивающие : развитие речи, памяти, внимания, интереса к предмету, умения работать с физическими приборами, с учебником, дополнительной литературой, умения выделять главное,

образовательная : применять знания на практике.

На уроке были использованы элементы обучения школьников универсальным учебным действиям, применялся деятельностный метод обучения, который был реализован в следующих видах деятельности: учебной и учебно-исследовательской. На всех этапах урока ученики были вовлечены в активную мыслительную и практическую деятельность исследовательского характера, детям надо было не только использовать уже имеющиеся знания.

Урок проведен в стандартной форме с применением новых технологий.

Этапы урока были тесно взаимосвязаны между собой, чередовались различные виды деятельности. Все этапы урока были последовательными и логически связанными. Структура урока соответствует данному типу урока. Обеспечивалось целостность и завершенность урока. Умственные действия опирались и подкреплялись практическими. Класс разделился на две команды.

Одна группа изучала тему «Свойства газов и применение газов», а вторая группа «газ как рабочее тело двигателя. Разреженные газ. Получение глубокого вакуума».

Каждая группа должна была создать кластер по теме и защитить его, а так же объяснить понятно и доступно другой команде тему их выступления.

В ходе мною были использованы следующие методы обучения: словесный, частично-поисковый, наглядный, проблемно-диалогичный. Эти методы обучения обеспечивали поисковый и творческий характер познавательной деятельности учащихся, а так же были использованы следующие наглядные, литературные и технические материалы:

Урок прошел организованно, был логический переход от одного этапа к другому, было четкое управление учебной работой учащихся, владение классом, соблюдение дисциплины. Интенсивность урока была оптимальной с учётом физических и психологических особенностей детей.