Файл: Шемаханов, М. М. Основы термодинамики и кондиционирования рудничной атмосферы учебник.pdf

же различной. Таким образом, механического и термического рав­ новесия в системе не будет. Только при движении поршня с бес­ конечно малой скоростью процесс можно рассматривать как рав­ новесный.

Связь между параметрами р, v и Т в процессе изменения со­

удельный объем, а осью ординат — абсолютное давление. Такое графическое представление изменения состояния рабочего тела справедливо лишь для равновесных процессов, так как только в этом случае одной точкой на кривой (или поверх­ ности) будет характеризоваться состояние всего рабочего тела в данный момент.

Кривая 1—2 (рис. 4), показывающая изменение параметров состояния, называется кривой процесса. В дальнейшем будем рас­ сматривать процессы как равновесные.

Равновесный процесс, в котором температура остается постоян­ ной, называется изотермическим. Процесс же, протекающий при неизменном давлении, называется изобарным, а при неизменном объеме — изохорным. Если в течение процесса отсутствует тепло­ обмен с внешней средой, такой процесс является адиабатным.

Идеальный газ

И деальным газом называется газ, в котором отсутствуют силы сцепления и взаимного притяжения и отталкивания молекул, а объем самих молекул исчезающе мал и им пренебрегают. Для идеальных газов справедливы законы Бойля— Мариотта и ГейЛюссака. При высоких температурах и низких давлениях реаль­ ные газы по своему состоянию близки к идеальному и простые за­ кономерности, полученные на основе кинетической теории газов для идеального газа, в ряде случаев с достаточной точностью при­ менимы и для реальных газов. Для идеального газа в курсах физики приводится его уравнение состояния, которое было дано французским физиком Клапейроном в 1834 г. Уравнение Клапей­ рона для 1 кг рабочего тела имеет вид

10

где р — давление, Н/м2;

v — удельный объем, м3/кг;

Т — абсолютная температура, К;

R — газовая постоянная, Н-м/кг-К или Дж/кг-°С. Физический смысл газовой постоянной ясен из рассмотрения из­

Вычитая из этого уравнения предыдущее, получим

p f ( h - l) = R,

или

я (/i — 0 = R,

за, его с достаточной точностью можно применять и для реаль­ ных газов, находящихся при низком давлении и высокой темпе­ ратуре.

В 1811 г. итальянский ученый А. Авогадро показал, что раз­ личные идеальные газы, находящиеся при одинаковых давлениях и температурах, в равных объемах содержат одинаковое число Mo­

ll

лекул. Это положение известно как закон Авогадро, из которого следует, что для двух газов, имеющих равные объемы V,

Единицей количества вещества является киломоль. Киломоль (1 кмоль) есть количество вещества в теле (системе), содержа­ щем число молекул (частиц), равное числу Авогадро. Количество газа в кгс численно равно молекулярному весу газа. Например, моль азота (N2) равен 28 кгс, окиси углерода (СО) — 28 кгс и т. д. Поэтому для различных идеальных газов при одинаковых условиях

\iv = const,

т. е. объем моля всех газов одинаков. При нормальных условиях (^=0°С и р = 760 мм рт. ст.) определим объем моля на примере кислорода

12

где Vjx — объем моля, и называется уравнением Клапейрона —■ Менделеева.

Характеристика некоторых газов приведена в табл. 2.

§4. СМЕСИ ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ

Вкачестве рабочих тел чаще применяют не однородные газы,

асмеси из нескольких однородных газов. Смесью нескольких га­ зов, например, является рудничный воздух, а также продукты сго­

рания различных топлив, в состав которых входят С 02, СО, N2, 0 2, S 0 2, водяной пар и некоторые другие газы.

Для газовых смесей химически нереагирующих газов применя­ ют закон Дальтона (1766— 1844 гг.), заключающийся в том, что при отсутствии химических реакций давление смеси газов равно сумме парциальных давлений отдельных газов, входящих в смесь. В смеси каждый газ ведет себя так, будто он один занимает весь объем и его молекулы распределены по всему объему смеси рав­ номерно.

Парциальным давлением р п п-то газа в смеси называется дав­ ление, под которым находился бы этот газ, если бы из смеси были удалены все остальные газы, а объем и температура сохранились прежними.

Таким образом,

Р — Pi + Р2 + . . . + рп,

13