МАИ Кафедра ТиЭ Основные понятия вакуумной техники. Газовые законы. Группа: Т2О-402С Ф.И.О.: Лупандин С.В. Дата: 07.10.20 1. Опыт Торричелли Рассчитать атмосферное давление Ратм. в ньютонах по ф.: Ратм. = ρ · g · h = 13600*9.8*0.76= 100000 Н/м2(Па) где ρ = 13 600 кг/м3 – плотность ртути, g = 9,8 Н/кг (м/с2) – ускорение свободного падения, h = 760 мм – высота столба жидкости. Подстановка этих числовых значений дает: 1. Перечислить области применения вакуума: a. в различных отраслях промышленности: Откачка ламп, приборов, в производстве высокочистых материалов Ti. Nb, Ta, Zr<Be при р=10-4 – 10-6 мм рт. ст.), b. в освоении космоса: С достижением сверхвысокого вакуума в камерах имитации космического пространства в условиях земной атмосферы стало возможным изучение космоса. c. в авиационно-космической технике: При вакуумной термической обработке (ТО) и химико-термической обработке (ХТО), сварке, пайке, нанесении покрытий. 1 2. Заполнить таблицу 1: Области давлений в вакуумной технике (ГОСТ 5197-70) Значения давлений, Па. -1 -5 От 100 до10-1 От 10 до 10 Ниже чем 10-5 ----- « ------, 760-1 мм рт. ст. 1-10-4 10-4 - 10-8 < 10-8 Наименование Низкий Средний Высокий Сверх От атмосферного давления до 100 области высокий вакуума. Длина l ср. свободного (линейный пробега размер вакуумной l ср. ≈ l молекул системы) << l l ср. 2 l ср. > l l ср. >> l 3. Заполнить недостающие значения единиц давления: 1 мм рт. ст. = 1 торр = 133.3 Па; р = 760 мм рт. ст. = 105 Па 1 Па = 0,00750062 мм рт. ст. 1 бар = 105 Па 1 ат (техническая атмосфера) = 1 кГс/см 2≈ 750 мм рт. ст. 1 атм (физическая атмосфера) =760 мм рт. ст. 4. Перечислить отличительные особенности идеального газа: 5.1. Молекулы рассматриваются как упругие частицы; 5.2. Силы межмолекулярного взаимодействия отсутствуют (присутствуют лишь упругие столкновения между частицами); 5.3. Объѐм, занимаемый молекулами мал по сравнению с объѐмом, свободным от молекул). 5. Дать определение критической температурой вещества: температуру, при которой плотности жидкости и ее насыщенного пара совпадают, называют критической температурой данного вещества. Описать условия проведения эксперимента, описанного на рис.2, физический смысл кривых АК и ВК. Если некоторое количество жидкости поместить в закрытый сосуд, то часть жидкости испарится и над жидкостью будет находиться насыщенный пар. Давление, а, следовательно, и плотность этого пара зависят от температуры. Плотность пара обычно значительно меньше плотности жидкости при той же температуре. Если повысить температуру, то плотность жидкости уменьшится, давление же и плотность насыщенного пара возрастёт. Верхняя часть графика АК показывает изменение плотности жидкости в зависимости от ее температуры. При повышении температуры плотность жидкости уменьшается. Нижняя часть графика ВК показывает зависимость плотности насыщенного пара от температуры. 3 Рисунок №2. Зависимость плотности воды и её насыщенного пара от температуры 6. Газовые законы. Элементы кинетической теории газов. Описать физический смысл основного уравнения молекулярно- кинетической теории газов и параметры: давление численно равно двум третям кинетической энергии молекул, содержащейся в единице объёма газа. N – количество молекул газа, m0 – масса молекулы; N1 =N/V – концентрация молекул в отъѐме V; v кв. – средняя квадратическая скорость теплового движения молекул; m0 - масса молекулы. 7. Газовые законы: Закон Бойля-Мариотта: «При постоянной массе газа (N·m0) и температуре Т, произведение давления газа Р на его объѐм V есть величина постоянная.» PV const Закон Авогадро: в равных объёмах различных газов, взятых при одинаковых 4 температурах и давлениях, содержится одно и то же количество молекул. Моль - единица измерения количества вещества. Закон Гей-Люссака — закон пропорциональной зависимости объёма газа от абсолютной температуры при постоянном давлении. Закон Шарля – один из основных газовых законов, описывающий соотношение давления и температуры для идеального газа. 8. Молярная масса - характеристика вещества, отношение массы вещества к его количеству. Численно равна массе одного моля вещества, то есть массе вещества, содержащего число частиц, равное числу Авогадро. 9. Решить задачи с использованием таблицы Д.И.Менделеева (из интернета). 10.1. Молярная масса воды равна: 𝑀𝑟 = 2A(H)+A(О) = 2 + 16 = 18 𝑀𝑟 = 𝑀 ∗ 10.2. Определить кол-во 1г = 18 г/моль моль вещества (ν) и 5 число молекул, содержащихся в 1 кг углекислого газа. 𝑀𝑟 = 𝐴(𝐶 ) + 2𝐴(𝑂) = 44 г 𝑀 = 𝑀𝑟 ∗ 1 = 44 г/моль моль 𝜐= 𝑚 М = 1000 = 22.72 моль 44 10.3. Вычислить, какое количество вещества карбоната кальция заключается в 40 г СаСо3 ? А(Ca)+А(С)+3А(O) = 100 = 𝑀𝑟 г 𝑀 = 𝑀𝑟 ∗ 1 = 100 г/моль моль 𝜐= 10.4. Относительная 𝑚 М = 40 100 атомная = 0.4 моль масса серебра Определить массу 1 атома серебра в г. 𝑚 = М/𝑁𝐴 𝑚= 108 6.02∗1023 = 1.79 ∗ 10−22 г 6 равна 108. 10. Сформулировать закон Дальтона: Полное давление смеси химически не взаимодействующих газов равно сумме парциальных давлений отдельных газов. 11. Записать уравнение состояния идеальных газов. PV=kTN 12. Записать уравнение Менделеева – Клапейрона: P ·V= ν·R·T, 13. Задачи с использованием уравнения Менделеева – Клапейрона: 14.1. В камере объемом V= 2 м3 находится m=0,05 кг воздуха при температуре T=300 К. Каково давление в камере? 𝑃𝑉 = 𝑃= 𝑚 𝑅𝑇 µ 0.05 ∗ 8.31 ∗ 300 = 2149 Па 2 ∗ 29 ∗ 10−3 14.2. Какова концентрация молекул воздуха при давлении р=760 мм рт. ст. и температуре T=293 К. 𝑝 = 𝑛𝑘𝑇 𝑝 105 1 22 𝑛= = = 2415 ∗ 10 𝑘𝑇 1.38 ∗ 10−23 ∗ 300 м3 Записать уравнение состояния реальных газов: 14. Закон распределения молекул газа по скоростям. Записать формулы для расчѐта: 16.1. Наиболее вероятной скорость теплового движения молекулы (Максвеллa) м/с. 16.2. Средней арифметической скорости молекулы газа (м/с) 16.3. Средней квадратичной скорости молекул газа. 16. Решить задачи. 16.1. Какова средняя арифметическая скорость молекул азота при температуре T=300 К. 8𝑅0 𝑇 8 ∗ 8.31 ∗ 300 𝑈𝐴 = √ =√ = 476 м/с пМ 3.14 ∗ 28 ∗ 10−3 16.2. Какова средняя арифметическая скорость молекул водорода при температуре T=100 К. 8𝑅0 𝑇 8 ∗ 8.31 ∗ 100 𝑈𝐴 = √ =√ = 1010 м/с пМ 3.14 ∗ 4 ∗ 10−3 Студент: Лупандин С.В. Преподаватель: Хопин П.Н.
