Какова плотность воздуха в камере шины волга (6 видео)

3.1 Основные свойства и строение газа, жидкости и твердого тела.

«Какова плотность сжатого воздуха при 0 о С в камере колеса автомобиля «Волга», если он находится под давлением 0,17 МПа»?
«Почему в невесомости жидкость принимает форму шара»?
«Кубик, вырезанный из монокристалла, нагреваясь, может превратиться в параллелепипед. Почему это возможно»?

Чтобы решить задачу и ответить на поставленные вопросы, давайте изучим вещество в трех его состояниях:

Газ, в отличие от жидкости и твердого тела, не имеет объема и формы, летуч и хорошо сжимается – эти основные свойства газа можно объяснить следующим его строением: частицы газа не имеют порядка в своем расположении и между ними имеются большие промежутки. Частицы газа движутся поступательно от столкновения до столкновения в разных направлениях. При столкновении получают элементы вращения. Силы взаимодействия между частицами газа самые маленькие, если их сравнивать с силами взаимодействия в жидкости и твердом теле. Чтобы записать газовые законы в простом виде с точки зрения математики, нужно записать их для идеального газа, тогда для реального газа они будут выполняться приблизительно. Идеальный газ – это модель реального газа, в которой пренебрегают размером частиц и взаимодействием между ними. Реальный газ можно считать идеальным при атмосферном давлении нормальном и близком к нему и при невысоких температурах. По своим свойствам при этих условиях ближе всего к идеальному газу водород и гелий.

Состояние идеального газа однозначно определяется тремя параметрами:

т.е. если для некоторого газа известны V, Р и Т, то его состояние определено. Р – давление газа обусловлено числом соударений частиц газа с единицей площади поверхности стенки сосуда, куда он заключен. Сила давления на стенку сосуда зависит от числа соударений: чем оно больше, тем больше сила давления F_д. Из формулы давления

где S – площадь поверхности стенки сосуда, следует определение единицы давления в системе СИ – Паскаля: 1 Па = 1Н/м 2 – это давление газа, при котором он на 1 м 2 поверхности стенки сосуда оказывает действие с силой давления F_д = 1Н.

Видео:ОБ ЭТОМ МНОГИЕ ДАЖЕ НЕ ДОГАДЫВАЮТСЯСкачать

Т — абсолютная температура – это температура, определяемая по абсолютной шкале температуры, введенной в физическую науку Кельвином и получившей его имя – Шкала Кельвина. Единица абсолютной температуры – 1 К (кельвин).
Абсолютная шкала температуры позволяет измерять температуру с большой точностью, нужной в науке, чего не позволяет шкала Цельсия, которой пользуются на практике у шкалы Кельвина есть две точки:
1) 0 К – абсолютный нуль – это температура, при которой прекращается тепловое (поступательное) движение частиц газа.
2) 273 К – это тройная точка воды – это температура, при которой вода находится сразу в тех состояниях: жидком, твердом (лед) и газообразном (пар).

Газовые законы выражают зависимость между тремя параметрами газа:

Закон Клайперона: «Для данной массы газа произведение давления газа на его объем, деленное на абсолютную температуру, есть величина постоянная для всех состояний газа».

при m = соnst.
Формулу данного закона для множества состояний газа можно записать следующим образом:

Закон Клайперона имеет два недостатка:
1) он выполняется при неизменной массе газа,
2) чтобы найти один неизвестный параметр газа, газ берется в двух состояниях:

Уравнение Менделеева – Клайперона дает зависимость между тремя параметрами газа в одном состоянии и в него входит масса газа:

«Произведение давления газа на его объем прямо пропорционально абсолютно температуре газа».
М – молярная масса газа, масса одного моля газа [M] = 1 кг/моль
R= 3,8 Дж/моль х К – универсальная газовая постоянная.
В газе можно проводить изопроцессы – процессы в газе при одном каком-нибудь постоянном параметре:
1) если постоянной является температура, то процесс называется изотермическим и для него справедлив закон Бойля — Мариотта: «Для данной массы газа при постоянной температуре давление газа обратно пропорционально его объему».

Видео:90 ДАВЛЕНИЕ В ШИНАХ КАЧАЮТ НЕПРАВИЛЬНОСкачать

при Т = const и m = const
2) если постоянным является давление газа, то это — процесс изобарный и для него выполняется закон Гей-Люсака : «Для данной массы газа при постоянном давлении, объём газа прямо пропорционален абсолютной температуре газа»

Законы для изопроцессов дают зависимость между двумя параметрами газа и позволяют выяснить, как зависит один параметр от другого при постоянном третьем параметре: например, такая задача: «Газ при 300 К занимает объём 0,25м 3 . Какой объём занимает та же масса газа, если температура повысится до 324 К? (Давление газа считать постоянным). В данной задаче рассматривается два состояния газа: в первом известны температура Т₁=300 К и объём V₁=0.25 м 3 , во втором известна только температура Т₂=324 К. Нужно найти объём газа во втором состоянии V₂ ,если P=const, m=const. Запишем кратко условие задачи в общем виде и дадим её решение тоже в общем виде:

задачи в общем виде. Проверим это решение: подставим в это решение размерность величин в системе СИ :

Другая задача: «Газ находится в баллоне при температуре 288 К и давлении 18 атм. При какой температуре давление газа станет равным 15,5 атм ? Объём баллона считать неизменным».

Кроме законов для процессов в газе, в задачах применяются и закон Клапейрона и даже уравнение Менделеева – Клапейрона, и в них рассматривается газ, для которого ни один параметр не является постоянным, например, «какова плотность сжатого воздуха при 0 о C в камере автомобиля «Волга» если он находится под давлением» 0,17 МПа ?»

Видео:Давление в Шинах от R13 до R18Скачать

1) р- плотность вещества P=M/V в СИ: [р]=кг/м 3

PV= m/M RT ; T= (t + 273)K
m = PVM/RT
p= RT/V = PVM/VRT

2) P*V = m/M*RT (обе части уравнения разделим на V )

В этой задаче воздух дан в одном состоянии, для него известна молярная масса, поэтому к нему применяется уравнение Менделеева-Клапейрона.
Или другая задача, где неизвестный газ даётся в двух состояниях: «Газ при давлении 8х10 5 Па и температуре 285 К занимает объём 855 л. Каким будет давление газа, если при температуре 320 К она занимает объём 800 л ? (m=const)

Жидкость не имеет формы, но имеет объём, она текуча и плохо сжимаема, кроме этого жидкость хрупкая и упругая, отсюда, по своим основным свойствам она ближе к твёрдым телам, нежели к газу. Основные свойства жидкости обусловлены следующим её строением: в расположении частиц внутри жидкости наблюдается ближний порядок это значит, что в малом объёме жидкости есть порядок в расположении частиц, а в большом её объёме беспорядок, между частицами нет промежутков, и они совершают непрерывные и хаотические перескоки: частицы жидкости перескакивают, меняясь друг с другом местами, либо соседние друг с другом, либо через одну две частицы.Между перескоками частицы очень малое время-время оседлой жизни частицы – они колеблются около положений временного равновесия. Силы взаимодействия между частицами жидкости много больше, чем силы в газе, но меньше, чем в твёрдом теле. Особенностью жидкости является наличие у неё свободной поверхности, обладающей поверхностным натяжением: в свободной поверхности жидкости действует сила поверхностного натяжения F_н, направленная по касательной к поверхности жидкости и перпендикулярно линии, ограничивающей свободную поверхность жидкости и по величине определяемая формулой: F_н = бi, где i – длина линии ограничивающей свободную поверхность жидкости, а б – коэффициент поверхностного натяжения жидкости, характеризующая зависимость F_н от рода жидкости и внешних условий (температуры, примеси).

Видео:Какой размер шин выбрать на ГАЗ 3110 Волга (а также и на другие Волги). Размер колес Волга.Скачать

б = F_н/i
б показывает, какая F_н действует на единицу длины линии, ограничивающей свободную поверхность жидкости
В СИ: [б] =1Н/м Для любой жидкости б определён и занесён в таблицу.

Сила поверхностного натяжения F_н стремится сократить свободную поверхность жидкости. Чем меньше площадь свободной поверхности, тем меньше энергия поверхности. Устойчивому состоянию системы соответствует минимальное значение энергии, площадь шаровой поверхности наименьшая у площадей объёмных фигур и ей соответствует минимальная энергия, поэтому жидкость в невесомости приобретает форму шара. Жидкость может смачивать поверхность твёрдого тела, а может и не смачивать. Например, вода смачивает почти все твёрдые тела, а вот ртуть — не смачивает всё, кроме золота. Смачивание – это растекание жидкости по поверхности твёрдого тела. Объясняется тем, что силы взаимодействия между молекулами самой жидкости меньше сил взаимодействия между молекулами жидкости и твёрдого тела. У несмачивающей жидкости силы взаимодействия между молекулами самой жидкости будут больше, чем силы взаимодействия между частицами жидкости и твёрдого тела. Если в смачивающую жидкость опустить узкую трубку – капилляр, то жидкость будет подниматься в капилляре, а несмачивающая – опускаться.
Капиллярность — это поднятие или опускание жидкости в узких трубках – капиллярах. Смачивание и капиллярность жидкости широко применяется на практике

Третьим агрегатным состоянием вещества является твёрдое тело. К твёрдым телам относятся аморфные тела (стекло, парафин) и кристаллы (соль, кварц). Кристаллы имеют определённую точку плавления, чего не имеют аморфные тела. Кристаллы чаще встречаются в природе и практике, чем аморфные тела. Основными свойствами твёрдых тел является наличие и формы и объёма, механическая прочность, твёрдость, несжимаемость.
Эти свойства объясняются следующим строением: в расположении частиц твёрдого тела (кристалла) наблюдается дальний порядок, т. е. и в малом и большом объёмах наблюдается строгий порядок в расположении частиц, отмеченный кристаллической решёткой, формой которой объясняется форма кристалла, имеющая правильную геометрическую форму. В узлах кристаллической решётки частицы кристалла совершают непрерывные хаотические колебания. Силы взаимодействия между частицами больше чем между частицами жидкости и много больше, чем между частицами газа.
Монокристаллическое вещество обладает анизотропией – неодинаковостью физических свойств в разных направлениях в монокристалле, иначе в монокристалле в одном направлении хорошая теплопроводность, прочность и другие свойства, а в другом направлении эти же свойства проявляются хуже. Поэтому куб и из монокристалла может превратиться в параллелепипед из неодинаковости теплового расширения в разных направлениях. Поликристаллическое вещество обладает изотропией – одинаковостью физических свойств по разным направлениям, например, металл в любом направлении хорошо проводит электрический ток.

Задача: «В железном баке массой 5 кг находится 20 кг воды и 6 кг льда при 0 о С. Какое количество водяного пара при 100 С следует ввести в бак, чтобы растопить лёд и нагреть воду до 70 о С.»
Чтобы решить эту задачу, нужно знать следующее:

Парообразование – переход вещества из жидкого состояния в газообразное.

1. Испарение (с поверхности при любой температуре)
2. Кипение (по всему объёму жидкости при температуре кипения)

Пар жидкости образуется над жидкостью и состоит из молекул жидкости, вылетевших из неё.

1. ненасыщенный обладает свойствами идеального газа и к нему применяется газовые законы

2. насыщенный — это пар, находящийся в динамическом равновесии с жидкостью (сколько молекул вылетело из жидкости, столько вернулось обратно) у него свойства далеки от свойств идеального газа и он не подчиняется газовым законам

Чтобы жидкость превратилась в пар при температуре кипения, ей нужно сообщить количество теплоты, вычисляемое по формуле:
Q=rm
при t кип, где r – удельная теплота парообразования жидкости, которая известна для любой жидкости и берется из таблицы. [r] = Дж / кг, m — масса жидкости.

Конденсация – процесс, обратный парообразованию, или переход вещества из газообразного состояния в жидкое. Происходит при температуре конденсации, равной температуре кипения, например, вода кипит при 100 о С и водяной пар превращается в воду при 100 о С. Согласно закону сохранения энергии, количество теплоты, затраченное на парообразование при t кипения, при конденсации выделяется и рассчитывается по формуле

Видео:АвтоОрск / АвтоГаджеты / Почему нельзя ставить колеса больше заводских?Скачать

Q = ч * m при t конденсации.

Плавление – переход вещества из твёрдого состояния в жидкое при температуре плавления, требует подачи к твёрдому телу количества теплоты определяемого по формуле: Q = Лm при t_пл. , где Л – удельная теплота плавления определена для любого твёрдого тела (кристаллического) и помещена в таблицу в СИ: [Л] = Дж / кг.

Отвердевание или кристаллизация — процесс, обратный плавлению, или это переход из жидкого состояния в твёрдое при температуре кристаллизации или отвердевания, равной температуре плавления, например лёд плавится при 0 о С, и вода превращается в лёд или кристаллизуется при 0 о С. По закону сохранения энергии при кристаллизации выделяется количество теплоты, определяемое по формуле Q = Л m при t_кр.

Давайте теперь решим задачу, с которой было начато изучение данной темы:

Пар при 100 = t конд. Конденсируется и при этом
выделяется кол-во теплоты Q1= ч * m п ; после
чего получается вода при 100, которая остывает,
до 70 = Q и выделяет количество теплоты
Q1 = Cв * m п * (t конд – Q). Количество теплоты
Q1 + Q1.1 идёт на нагревание от 0 до 70 железного
бака Q2 =Cm * m пл * (Q – t пл); на нагревание
воды в баке Q3 = Cв * m в * (Q – t пл) , на
плавление льда Q4 = л * m л * ( Q – t пл). Таким
образом, Q1 + Q1.1 = Q2 + Q3 +Q4+Q4 или

ч * m n + Cв * m n * (t кор – Q) = C m * m пл * ( Q – t пл ) + Св * mв * ( Q – t пл ) + л * m л + С в * m л * (Q – t пл)

Из уравнения выразим m п – массу пара
m п * ( ч + Св * (t конд – Q)) = C пл * m пл * (Q – t пл) + С в * m в *(Q – t пл) +л * m п +С в * m п * (Q – t пл)

С пл * m пл * ( Q – t пл)+С в *m в*(Q-t пл) +л*m л+Св*m л*(Q-t пл) m п =ч + С в * (t конд – Q)

где ч – удельная теплота парообразования воды, С_в – удельная теплоёмкость воды, С _пл – удельная теплоёмкость железа, л- удельная теплота плавления льда – взяты из таблицы т. е. они известны.

Чтобы решать такие задачи, нужно отметить, какое тело самое нагретое, т. е. находится при большей температуре, и ответить себе на вопрос: какие процессы с ним происходят, например, 100-градусный пар конденсируется, и конденсат при 100о охлаждается до Q – температуры теплового равновесия, и в левой части уравнения теплового баланса написать количества теплоты, выделяемые при этих процессах, например, Q+Q1.1 . Затем отметить менее нагретые тела и процессы, с ними происходящие, и написать формулы количества теплоты, поглощаемые при этих процессах, например, бак нагревается Q2 вода нагревается Q3, лёд при 0 плавится Q4 и вода после льда при 0 нагревается до температуры Q и эти теплоты пишутся в правой части уравнения : Q2+Q3+Q4+Q4.1 . Из уравнения теплового баланса: Q1+Q1.1=Q2+Q3+Q4+Q4.1 , где должны быть расписаны по соответствующим формулам количества теплоты.

Видео:Что означает маркировка на шинах! Значение цифр и букв на резине.Скачать