1. Природа явища й поліпшуючи властивості скраплених газів
2. Способи отримання скраплених газів
3. Використання скраплених газів
Висновки
Список використовуваної літератури
Запровадження
Будь-який газ можна перетворити на рідина простим на стиснення, якщо температура газу нижче критичної. Тому розподіл речовин на гази і рідини значною мірою умовно. Ті речовини, які ми звикли вважати газами, просто мають дуже низькі критичні температури, тобто температури, після досягнення, газ набуває властивості рідини, і тому за нормальної температури, близька до кімнатної, що неспроможні перебувати у рідкому стані. Навпаки, у речовин, входять нами до рідинам, критичні температури великі.
Перший газ (аміак) був звернений в рідина вже у 1799 р. Подальші успіхи усжижении газів пов’язані безпосередньо з ім’ям англійського фізика М. Фарадея (1791 – 1867), якийсжижал гази шляхом їх одночасного охолодження й стиску. До другої половині 19 століття із усіх відомих у той час газів залишилися несжиженними лише шість: водень, кисень, азот, оксид азоту, оксид вуглецю і метан, — їх назвали постійними газами. Затримка всжижении цих газів ще на чверть століття сталася тому, що техніка зниження температури була розвинена слабко, і де вони були охолоджені до температури нижче критичної. Коли фізики навчилися отримувати температури порядку 1 До, вдалося все гази звернути у рідке, а й у твердий стан. [1]
Метою згаданої роботи є підставою розгляд природи явища і властивостей скраплених газів, і навіть вивчення способів отримання й використання таких газів. Тема роботи актуальна нині, оскільки скраплені гази затребувані у багатьох областях медицини, науку й техніки.
1. Природа явища і їхні властивості скраплених газів
Безперервні хаотичні теплові руху, у яких завжди беруть участь частки будь-якого речовини і інтенсивність (енергія) визначає його температуру, істотно впливають попри всі які у речовині явища. Саме тому майже всяке властивість речовини, однак, залежить від температури, тобто не від інтенсивності теплових рухів частинок у ньому.
Вивчення властивостей речовини за дуже низьких температурах, коли молекулярні руху ослаблені, представляє великий інтерес. Тільки за низьких температурах можна досліджувати ті чи інші явища за умов, коли постійне тло теплових рухів важить ними.
Розчинність газів у рідинах
... температури . Розчинність газів у звичайних рідинах супроводжується виділенням теплоти, тобто. , тобто. зі збільшенням температури константа Генрі зменшуватиметься, і зменшуватиметься розчинність при постійному тиску. При розчинності газів у ... визначити молекулярну масу розчинене го речовини , – масарастворенного речовини, – маса розчинника . зазвичай ... в розчин, це явище називаєтьсяосмосом. Тиск, з ...
При низькотемпературних дослідженнях досліджуване тіло викликають контакти з тілом достатньо низької температури, з так званимхладагентом. Завданням техніки низьких температур і є створення такиххладагентов. Ними звичайно є різні скраплені гази, перебувають у стані кипіння. Вони особливо зручні тим, що контакти зохлаждаемим тілом не змінює їх температуру, а призводить лише до більш інтенсивномуиспарению. Саме скраплення газів відкрило на дослідження область низьких температур, зокрема і низьких – близьких до нуля.
Кожен газ то, можливо переведений на рідке стан, але необхідною передумовою цього є попереднє охолодження газу до температури нижче критичної. Вуглекислий газ, наприклад, можнасжижить при кімнатної температурі, оскільки його критична температура дорівнює31,1єС. І це, можна згадати і таких газах, як аміак і хлор.
Але і такі гази, які за кімнатної температурі не можна перекласти на ліквідність. До таких газам ставляться повітря (і навіть його складові – азот, кисень і аргон), водень і гелій, які мають критичні температури значно нижчі від кімнатної. Для скраплення таких газів їх слід попередньо остудити до температури трохи нижче критичної, після чого підвищенням тиску газ то, можливо переведений на рідке стан.Сжиженние в такий спосіб гази зручніше зберігати під атмосферному тиску (у відкритому посудині), але нинішнього разі їх температура мусить бути ще більше низькою – такий, коли він тиск дорівнюватиме 1атм. Для азоту температура зберігання відповідає 77,4 До, тоді як критична температура азоту дорівнює 126,1 До. Для кисню ці цифри відповідно рівні 90 До і 154,4 До, для водню 20,5 До і 33 До й у гелію 4,4 До і 5,3 До. Ці чотири газу широко використовуються практично, зокрема як іхладагенти.
З цифр, як критичних температур, і тих кінцевих температур, до яких мають бути охолодженісжижаемие гази, видно, що охолодження потрібно дуже значний. Досягнення настільки сильного охолодження зазвичай використовуються два методу (окремо і комбіновано), які буде розглянуто далі. [2]
2. Способи отримання скраплених газів
Перший метод скраплення газу пов’язаний із використанням ефектуДжоуля – Томсона.Видоизменение досвіду з розширення газу, запропонованеДжоулем і Томсоном, дозволяє досягти помітного зміни температури газу, зокрема охолодження, обумовленого його неідеальністю, оскільки розширення ідеального газу порожнечу не супроводжується зміною його температури. Газ за досить великому, але постійному тиску змушують протікати черезтеплоизолированную пористу перегородку. Це означає, що перебіг газу відбуваєтьсяадиабатно.Гидродинамическое опір перегородки призводить до того, що у ній втрачається частина тиску газу та газ виходить із перегородки за більш низькому тиску. Газ розширюється чидросселируется.Дросселем називається будь-яке пристрій, що представляє опір для перебігу газу. А, щоб протягом газу було використано стаціонарним, тобто відбувалося за постійних значеннях тисків з обох боків дроселі, необхідний будь-якої насос (компресор), яка б постійними ці тиску. Цей компресор виробляє зовнішню роботу стискування газу. Цим процесдросселирования відрізняється від розширення газу порожнечу, у якому зовнішня робота дорівнює нулю. Явище зміни температури газу за йогоадиабатном розширеннідросселированием від однієї постійного тиску до іншого називається ефектомДжоуля – Томсона. Зміна температуринеидеального газу процесіДжоуля – Томсона пояснюється лише тим, що з розширенні газу збільшується відстань між молекулами і, отже, відбувається внутрішня робота проти сил взаємодії між молекулами. За рахунок цієї роботи змінюється кінетична енергія молекул, отже, і температура газу. У ідеальному газі, де сили взаємодії молекул рівні нулю, ефектуДжоуля – Томсона немає.
Фізико-хімічні властивості газів
... тиском називають такий тиск, вище якого не можна випарити рідину при будь-якому підвищенні температури. 2. ТЕРМОДИНАМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ГАЗІВ Теплоємність системи, Дж/°К,— це відношення кількості теплоти Q, поглинутої газом ...
У історично першої машині для скраплення газів (повітря) в технічних масштабах (Лінді іГемпсон, 1895 р.) для охолодження газів нижче критичної температури і наступного скраплення використовувався методдросселирования. Наведемо схему машини Лінді (мал.1), у якій крім ефектуДжоуля – Томсона був застосований важливий конструктивний принциппротивоточного теплообміну і тепер застосовується у всіхожижительних машинах.
Повітря вступає у компресор K, коли він стискається до 200атм. Після цього він проходить через змійовик,охлаждаемий проточній водою, де зараз його віддає тепло,виделившееся при стискуванні. Отже, в подальший шлях досжижению йде стиснений газ з температурою той самий, як і по стискування. З цього газу проходить потім через змійовикab додроссельному вентиля (крану)V1 і розширюється нього в приймачf до тиску одинатм. У цьому розширенні газ кілька охолоджується, проте так, щоб перетворитися на рідина.Охлажденний, але зсжижавшийся газ повертається потім навпаки через змійовикcd. Обидва змійовика,ab іcd, розташовані друг щодо друга отже з-поміж них, і навіть між порціями газу, що проходять із них, існує теплової контакт. Завдяки цьомуиспитавший розширення й охолодження газ відповідає що йде йому назустріч порцію стиснутого газу, якої ще треба розширитися через вентильV1. У цьому полягає методпротивоточного обміну теплом.
Мал.1. Схема машини Лінді
Зрозуміло, що друга порція газуподойдет дорасширительному вентиляV1, маючи більше низьку температуру, ніж перша, а післядросселирования вона й більше зменшитися. Отже, до вентиля буде підходити дедалі більше холодний газ. Невдовзі від початку роботи машини поступове охолодження газу холодними зустрічними потоками призведе до з того що газ при черговомудросселировании почне частковосжижаться і накопичуватися вприемникеf, звідки ж він то, можливо злитий через кранV2 у судину для зберігання скраплених газів (посудинуДьюара).
При які встановилися процесі роботи машини у різних її місцях спостерігаються приблизно такі температури: біля входу до змійовикab температура 293 До (кімнатна); виході з цього змійовика 170 До; післядросселирования 80 До, біля входу до змійовикcd 80 До; виході з нього – кімнатна температура. Тиск перед вентилем 200атм, післядросселирования 1атм.
Пристрій, у тому числі обидва змійовикаab іcd, у якому відбувається охолодження газу зустрічним потоком охолодженого газу, називається теплообмінником. У машині Лінді теплообмінник ввозяться вигляді вставлених один на іншу трубок, яким разомпридавалась форма змійовика. Газ високого тиску надходить по внутрішньої трубці. Зустрічний потікохлажденного газу низький тиск відбувається за зовнішньої трубці,омивая внутрішню й прохолоджуючи, в такий спосіб, газ ній.
Пальники з примусовою подачею повітря, одоризації газу
... або компресора. Узагальнена схема пальника показана на рис.1. Повітря, необхідне для горіння, нагнітається в пальники примусово вентилятором, повітродувкою або компресором. Газ з газопроводу подається в ... вуглеводневих газів світиться, має невисоку температуру. У схемі II поверхню зіткнення потоків газу і повітря збільшена за рахунок подачі газу всередині повітряного потоку (пальник типу ...
Другий метод скраплення газів називається методом Клода, грунтується на методіадиабатного розширеннядетандерах. Розглянемо його принципова відмінність од методу Лінді.
Придросселировании газу охолодження досягається рахунок внутрішньої роботи, чиненої газом проти сил тяжіння між молекулами. Як відомо, охолодження газу відбувається у тому випадку, що вінадиабатно розширюється, роблячи зовнішню роботу. Газ, розширяючись і роблячи у своїй роботу, зменшує своє внутрішнє енергію, отже, і температуру. Це рівній мірі стосується й ідеальному, і до реального газам. Причиною охолодження газу під час проведення їм зовнішньої роботи є підставою зменшення швидкостей молекул за її ударах проудаляющийся від нього поршень, якому вони передають частину свого кінетичній енергії. Охолодження приадиабатном розширенні з скоєнням зовнішньої роботи має бути ефективнішим, аніж задросселировании, оскількиадиабатное розширення – процес зворотній, тоді як ефектДжоуля – Томсона – процес необоротний. Як відомо, оборотність процесів в машині забезпечує великий коефіцієнт корисної дії. Частина, у якій відбувається розширення газу, називаєтьсядетандером.
Вперше така машина для скраплення газів (мал.2) було побудованоКлодом в 1902 року для скраплення повітря.
скраплений газ метод лінді
Рис.2. Схема машини Клода
Розглянемо принцип дії цієї машини. Газ піддаєтьсяизотермическому стиску в компресорі K, звідки ж він вступає у теплообмінникE1. Ось він поділяється на два потоку (у точціO).
Перший йде через теплообмінникE2 додроссельному вентиля зазнаєдросселированию з охолодженням рахунок ефектуДжоуля – Томсона; другий потік (йому доводиться 80% газу) вступає удетандер, розширюється у ньому, роблячи роботу, і поза цей рахунок охолоджується. Здетандераохлажденний газ повертається у теплообмінникE1, прохолоджуючи зустрічну чергову даванку стиснутого газу. До йому у точціOґ приєднується і той газ, який остудився внаслідокдросселирования. Доти він, проходячи через теплообмінникE2, теж прохолоджував зустрічний газовий потік. Отже, з описи методу Клода видно, що охолодження вдетандере використовується для попереднього охолодження переддросселированием.
У першій машині Клодадетандер бувпоршневую машину. Роботу, що у ній робить стиснений газ, можна використовуватиме полегшення роботи компресора, для примусової мастила машини та т. буд.
Умови, характерні для машини Клода (>ожижающей повітря), приблизно такі: тиск виході з компресора 40атм, температура на вході удетандер (після охолодження втеплообменникеE1) 200 До; температура після розширеннядетандере 110 До при тиску одинатм.
У порівняні з методомадиабатического охолодження метод, заснований на ефектДжоуля – Томсона, має більшої простотою. У ньому немає проблеми мастила, оскільки використовувана апаратура зовсім позбавлений ніяких рухливих частин, працюючих при низьких температурах. Однак за тих цю простоту припадати платити величезної втратою ефективності охолодження і необхідністю працювати у високих тисках з великих кількостей газу. Охолодження, що можна отриматиадиабатическим розширенням, зазвичай значно більше те, що дає ефектДжоуля – Томсона. Та заодно зустрічаються суттєві труднощі, пов’язані з змазкою рухливих вузлів: при низьких температурах олію замерзає. Наприклад, Клод застосовував прокладки з сухий знежиреної шкіри. Роль мастила грав сам повітря,просачивающийся у кількості між ущільненням поршня і стінками циліндра [3].
Сварка в защитных газах
... нам. сварка защитный низколегированный сталь Сварка в струе защитных газов была изобретена русским изобретателем Николай Николаевичем Бенардосом в 1883 году. Защита от воздуха, по его предложению, осуществлялась светильным газом. Но этот метод Бенардоса ...
3. Використання скраплених газів
>Сжижение газів має технічне й наукове значення.Сжижение повітря використовують у техніці потреби ділити повітря на складові. Метод грунтується у тому, що різні гази, із яких складається повітря, киплять що за різних температурах. Найбільш низькі температури кипіння мають гелій, неон, азот, аргон. У кисню температура кипіння трохи вища, ніж в аргону. Отож спочатку випаровується гелій, неон, азот, та був аргон, кисень.
>Сжиженние гази знаходять широке використання у техніці. Азот йде щоб одержати аміаку і азотних солей, вживаних сільському господарстві для добрива грунту.Аргон, неон та інші інертні гази йдуть на наповнення електричних ламп розжарювання, і навітьгазосветних ламп. Найбільше застосування має кисень. У суміші зацетиленом чи воднем він дав полум’я дуже високою температури, що застосовується для різання і зварювання металів.Вдувание кисню (кисневедутье) прискорює металургійні процеси.Доставляемий з аптек в подушках кисень діє і як знеболювальна. Особливо важливим є застосування рідкого кисню як окислювача для двигунів космічних ракет.
>Жидкий водень використовують як паливо в космічних ракети. Наприклад, для заправки американської ракети «Сатурн – 5» потрібно90т рідкого водню.
>Жидкий аміак знайшов широке використання у холодильниках – величезних складах, де зберігаються швидкопсувні продукти. Охолодження, виникає при випаровуванні скраплених газів, використав рефрижераторах під час перевезення швидкопсувних продуктів.
Гази, застосовувані у промисловості, медицині та т. п., легше перевозити, коли вони знаходяться в скрапленому стані, бо за цьому тому самому обсязі полягає більше речовини.
Висновки
У виконану роботу я розглянула природу явища й властивості скраплених газів, і навіть 2 основних методи, з допомогою якихсжижают гази. Порівнявши обидва методу, я з’ясувала, що простий і «безпечний метод Лінді, але метод Клода є ефективніше, тобто має високий коефіцієнт корисної дії, хоч і виникають проблеми зі змазкою рухомих вузлів. Далі було розглянуто області застосування скраплених газів.Сжиженние гази застосовуються у техніці, медицині та сільське господарство, а й у науці. З допомогою скраплених газів досліджуються властивості інших речовин за нормальної температури близька до абсолютному нулю, коли руху молекул в речовині мінімальні.
Список використовуваної літератури
1.МякишевГ.Я.,Синяков О.З. Фізика. Молекулярна фізика. Термодинаміка. 10 кл.М.:Дрофа 2007.349с.
2.Кикоин О.К.,Кикоин И. К. Молекулярна фізика. М.: Наука 1976. 480 з.
3.Сивухин Д.І. Загальний курс фізики. Термодинаміка
