Dalğıc enişlərinin fiziki əsasları. Qaz qarışıqları Daha az yük, daha çox qənaət

Dərsin mövzusu: Qaz qanunları. Hidrostatika və hidrodinamika qanunları.

Qaz, onun hissəciklərinin sərbəst hərəkət etdiyi, mövcud boşluğu bərabər şəkildə doldurduğu bir maddənin ümumi vəziyyətlərindən biridir. Bu məkanı məhdudlaşdıran qabığa təzyiq göstərirlər. Normal təzyiqdə qazın sıxlığı mayenin sıxlığından bir neçə dəfə azdır.

Qaz dinamikasının qanunları

• Boyle-Mariotte Qanunu (İzotermik Proses)
• Çarlz qanunu (İzoxorik proses) və Gey-Lussac (İzobar proses)
• Dalton qanunu
• Henri qanunu

• Paskal qanunu
• Arximed qanunu
• Eyler-Bernulli qanunu

Boyle-Mariotte Qanunu (İzotermik Proses)

• Sabit T temperaturda qazın verilmiş M kütləsi üçün onun həcmi V təzyiq P ilə tərs mütənasibdir: PV=const, P 1 V 1 = P 2 V 2, P 1 və P 2 ilkin və son təzyiq qiymətləridir, V 1 və V 2 ilkin və son təzyiq dəyəridir.
• Nəticə - Təzyiq neçə dəfə artır, həcmi azalır.
• Bu qanundan istifadə edərək, bir sualtı üzgüçünün nəfəs alması üçün hava istehlakının dərinlik artdıqca neçə dəfə artdığını başa düşə, həmçinin su altında sərf olunan vaxtı hesablaya bilərsiniz.
• Nümunə: silindrin V = 15 l, silindrin P = 200, ağciyərlərin V çubuğu = 5 l, D dərinliyi = 40 m Silindr bu dərinlikdə nə qədər dayanacaq? Bir insan dəqiqədə 6 nəfəs alsa nə olar? 15x200 = silindrdə 3000 litr hava, 5x6 = 30 l/dəq – səthdə dəqiqədə hava axını. 40m dərinlikdə P abs =5 bar, dərinlikdə 30x5=150 l/dəq. 3000/150= 20 dəq. Cavab: 30 dəqiqəyə kifayət qədər hava olacaq.

Çarlz qanunu (İzoxorik proses) və Gey-Lussac (İzobar proses)

• Verilmiş qaz kütləsi üçün M at sabit həcmV təzyiq onun mütləq temperaturunun dəyişməsi ilə düz mütənasibdir T: P 1 xT 1 = P 2 xT 2
• Verilmiş qaz kütləsi üçün M at sabit təzyiq P qazın həcmi mütləq temperaturun dəyişməsi ilə düz mütənasib olaraq dəyişir T: V 1 xT 1 = V 2 xT 2
• Mütləq temperatur Kelvin dərəcəsində ifadə edilir. 0°С=273°К, 10°С=283°К, -10°С=263°К
• Misal: Tutaq ki, silindr 200 bar təzyiqdə sıxılmış hava ilə dolduruldu, bundan sonra temperatur 70°C-ə yüksəldi. Silindr daxilində hava təzyiqi nə qədərdir? P 1 =200, T 1 =273, P 2 =?, T 2 =273+70=343, P 1 xT 1 = P 2 xT 2, P 2 =P 2 xT 2 /T 1 =200×343/273 = 251 bar

Dalton qanunu

• Qazlar qarışığının mütləq təzyiqi qarışığı təşkil edən ayrı-ayrı qazların qismən (qismən) təzyiqlərinin cəminə bərabərdir.
• Qazın qismən təzyiqi P g verilmiş qazın n faizi və qaz qarışığının mütləq təzyiqi P abs ilə mütənasibdir və aşağıdakı düsturla müəyyən edilir: P g = P abs n/100. Bu qanunu qapalı həcmdə olan qazların qarışığını tərəziyə qoyulmuş müxtəlif ağırlıqlı çəkilər dəsti ilə müqayisə etməklə göstərmək olar. Aydındır ki, çəkilərin hər biri tərəzi üzərində başqa çəkilərin olmasından asılı olmayaraq ona təzyiq göstərəcək.

Henri qanunu

• Mayedə həll olunan qazın miqdarı onun qismən təzyiqi ilə düz mütənasibdir.Əgər qazın qismən təzyiqi iki dəfə artarsa, onda həll olunmuş qazın miqdarı iki dəfə artır. Üzgüçü dalış zamanı P abs artır, buna görə də üzgüçü tərəfindən tənəffüs edilən qazın miqdarı daha çox olur və müvafiq olaraq qanda daha çox miqdarda həll olunur. Yuxarı qalxdıqca təzyiq azalır və qanda həll olunan qaz, qazlı su şüşəsini açdığınız kimi qabarcıqlar şəklində çıxır. Bu mexanizm DCS-nin əsasını təşkil edir.

Hidrostatika və hidrodinamika qanunları

Su üçün, qazlara gəldikdə, onların axıcılığına görə, bu mühitlərin təzyiqi ötürmə qabiliyyətini təyin edən Paskal qanunu təmin edilir. Mayeyə batırılmış bir cisim üçün Arximed qanunu, mayenin çəkisi (yəni, cazibə qüvvəsi) səbəbiylə yaratdığı təzyiqin cismin səthinə təsiri ilə təmin edilir. Hərəkət edən maye və qazlar üçün Eyler-Bernulli qanunu etibarlıdır.

Paskal qanunu

Xarici qüvvələr tərəfindən yaranan mayenin (və ya qazın) səthindəki təzyiq maye (və ya qaz) tərəfindən bütün istiqamətlərdə bərabər şəkildə ötürülür.

Bu qanunun hərəkəti bütün növ hidravlik cihazların və cihazların, o cümlədən akvator mexanizmlərinin (silindrlər - sürət qutusu - nəfəs alma maşını) istismarının əsasını təşkil edir.

Arximed qanunu

Mayeyə (və ya qaza) batırılmış hər hansı bir cismə bu maye (və ya qaz) yuxarıya doğru yönəldilmiş, yerdəyişən həcmin ağırlıq mərkəzinə tətbiq olunan və mayenin (və ya qazın) çəkisinə bərabər olan bir qüvvə ilə hərəkət edir. bədən tərəfindən yerindən tərpənir.

Q= yV

saat – mayenin xüsusi çəkisi;

V- bədən tərəfindən çıxarılan suyun həcmi (batmış həcm).

Arximed qanunu mayeyə batırılmış cisimlərin üzmə qabiliyyəti və dayanıqlığı kimi keyfiyyətlərini müəyyən edir.

Eyler-Bernulli qanunu

Axan mayenin (və ya qazın) təzyiqi, hərəkət sürətinin aşağı olduğu axının hissələrində daha böyükdür və əksinə, hərəkət sürətinin daha çox olduğu hissələrdə təzyiq daha azdır. .

Dalğıc havasının dəqiq hesablanması avadanlığın qüsursuz texniki vəziyyətindən sonra ikinci ən vacib amildir. Bu vəzifə skuba alətlərinin ixtirasından bəri mövcud olduğundan, tələb olunan hava həcmini hesablamaq üçün xüsusi üsullar çoxdan işlənib hazırlanmışdır. Əsas bir dəqiqədə bir dalğıc tərəfindən tələb olunan havanın həcmidir və sonra əldə edilən dəyər silindrdəki qazın həcminə bölünür.

Bu hesablamalar hava istehlakının fiziki fəaliyyətdən asılı olması ilə çətinləşir. Sakit üzgüçülük zamanı üzgəclərin intensiv istifadəsi ilə müqayisədə daha azdır. Həmişə nəzərə alınan başqa bir amil, daldırma dərinliyidir. Dərinlik nə qədər böyükdürsə, hava daha yüksək təzyiqlə təmin edilməlidir. Nəzərə alınan bütün amillər siyahı şəklində təqdim edilə bilər:

1. Silindr həcmi.
2. Silindr təzyiqi.
3. Dəqiqədə hava istehlakı (RMV kimi qeyd olunur)
4. Daldırma dərinliyi.

İlk iki parametr çox dəqiq ola bilər. Onların dəqiqliyi yalnız göstərilən həcmə nə qədər uyğun olduğundan, həmçinin doldurma üçün istifadə olunan nasosdakı klapanın nə qədər dəqiq tənzimlənməsindən asılıdır. Doldurmanın sonunda təzyiq sensoru istifadə edərək kompressor söndürülür. Silindrdəki havanın həcminin elan edilmiş həcmə tam uyğun olmasını təmin etmək üçün məsuliyyət daşıyır.

Ən çətin hissə RMV-nin hesablanmasıdır. Dəqiq məlumatlar yalnız eksperimental olaraq əldə edilə bilər. Dalğıcları məşq edərkən məhz belə edirlər. Tələbə müxtəlif dalış rejimləri, cərəyanla sürüşmə, qalxma və ya dayanma zamanı təzyiqölçən oxunuşlarını yadda saxlayır. Sonra, əldə edilən məlumatlara əsasən fərdi RMV göstəricisi çıxarılır. Məlumat üç sütunlu bir cədvəldə qeyd olunur: dalış vaxtı və dərinliyi və təzyiqölçəndən istifadə edərək çəndəki təzyiq. Silindrdəki təzyiqi həcmlə yenidən hesablayaraq (yalnız göstəriciləri çoxaltmaq lazımdır), biz dəqiqədə hava istehlakının dəqiq dəyərini alacağıq və yük və dərinlik üçün düzəlişlər edəcəyik.

Təlimatçı ilə sınaq dalışlarını tələb edən belə ölçmələr üçün vaxt yoxdursa, ümumi göstəricilər götürülür. Onlar bütün fərdi xüsusiyyətləri əhatə etmək üçün zəruri olan müəyyən bir marja ilə hesablanır. Beləliklə, 80 kq ağırlığında bir dalğıcın səthdə hava sərfi 20 - 25 l / dəqdir. (Əslində, bir qədər az - 16 - 22 l). Qadınlar daha az hava istehlak edir. Sonra, dərinlik üçün bir düzəliş edilir. Dalış dərinliyi artdıqca, tələb olunan havanın həcmi çox sürətlə artır. 50 metrdə (həvəskar dalğıc üçün maksimum dərinlik) demək olar ki, iki dəfə çox ehtiyacınız var (təxminən 40 l/dəq.).

Müxtəlif qarışıqlar üçün maksimum inhalyasiya təzyiqi fərqlidir. Oksigen üçün yalnız 1,3 - 1,4 atm təşkil edir. Bu səbəbdən dərin dənizdə dalış üçün xüsusi qarışıqlar tələb olunur. Tərtib edərkən, tərkibindəki oksigen miqdarının adi havadakı təbii oksigendən bir qədər fərqli olmasını təmin etməyə çalışırlar. Dərin dəniz qarışığında azotun tərkibi də azalır, çünki adi havadan istifadə etsəniz, azot narkozu artıq 30 metrdən başlayır. Ən dərin dalışlar üçün helium-oksigen qarışığı optimaldır. Həvəskar dalğıcda demək olar ki, istifadə edilmir. Silindrləri heliumla doldurmaq çətindir, çünki o, ultra yüksək keçiriciliyə malikdir, lakin oksigenlə qarışdırıldıqda bu çatışmazlıq demək olar ki, aradan qaldırılır.

Təmiz havadan istifadə edərkən, silindrin harada doldurulduğu da vacibdir. Burada yalnız bir əsas tələb var. Havanın təmizliyi lazımdır. Buna görə də, elektrik sürücüsü ilə daha yaxşıdır. Sonra karbonmonoksit və artıq karbon qazı riski minimaldır. Silindrlərin ekoloji cəhətdən təmiz yerdə, məsələn, dəniz sahilində və ya kənd yerlərində doldurulması optimaldır.

Tapşırıqlar

Həll.

Həll.

Nümunələr

20 litrlik oksigen silindri təzyiq altındadır
15 ºС-də 10 MPa. Oksigenin bir hissəsi istehlak edildikdən sonra təzyiq 7,6 MPa-ya düşdü və temperatur 10 ºС-ə düşdü.

İstehlak olunan oksigenin kütləsini təyin edin.

Xarakterik tənlikdən (2.5)

Nəticədə, oksigen istehlak edilməzdən əvvəl onun kütləsi təşkil edirdi

Kiloqram,

və istehlakdan sonra

Kiloqram.

Beləliklə, oksigen istehlakı

ΔМ = М 1 –М 2= 2,673 - 2,067 = 0,606 kq.

Dəm qazının sıxlığını və xüsusi həcmini təyin edin CO 27 ºС temperaturda 0,1 MPa təzyiqdə.

Xüsusi həcm xarakterik tənlikdən (2.6) müəyyən edilir.

m 3 / kq .

Karbon monoksit sıxlığı (1,2)

kq/m3.

Hərəkətli pistonlu silindrdə oksigen var
t= 80 ºС və vakuum (vakuum) 427 hPa bərabərdir. Sabit temperaturda oksigen artıq təzyiqə qədər sıxılır
p çıxdı= 1,2 MPa. Barometrik təzyiq IN= 933 hPa.

Oksigenin həcmi neçə dəfə azalacaq?

Cavab:V 1 / V 2 = 22,96.

Sahəsi 35 m2 və hündürlüyü 3,1 m olan otaqda hava t= 23 ºС və barometrik təzyiq IN= 973 hPa.

Barometrik təzyiq artarsa, küçədən otağa nə qədər hava daxil olacaq IN= 1013 hPa. Havanın temperaturu sabit qalır.

Cavab:M = 5,1 kq .

Həcmi 5 m3 olan bir qabda barometrik təzyiqdə hava var IN= 0,1 MPa və temperatur 300 ºС. Daha sonra qabda 80 kPa vakuum təzyiqi yaranana qədər hava çıxarılır. Çıxarıldıqdan sonra havanın temperaturu eyni qalır.

Nə qədər hava çıxarılıb? Qalan hava bir temperatura qədər soyudulursa, nasosdan sonra gəmidəki təzyiq nə olacaq t= 20 ºС?

Cavab: 2,43 kq hava çıxarılıb. Hava soyuduqdan sonra təzyiq 10,3 kPa olacaq.

Buxar qazanının hava qızdırıcısı 30 ºС temperaturda 130 000 m 3/saat hava olan bir fan tərəfindən təmin edilir.

Sabit təzyiqdə 400 ºС-ə qədər qızdırılırsa, hava qızdırıcısının çıxışında həcmli hava axını sürətini təyin edin.

Cavab:V= 288700 m 3 /saat.

Sabit bir temperaturda manometrin göstəricisi aşağı düşərsə, qabdakı qaz sıxlığı neçə dəfə dəyişəcək səh 1= 1,8 MPa-a qədər səh 2= 0,3 MPa?

Barometrik təzyiqi 0,1 MPa-ya bərabər götürün.

Cavab:

Həcmi 0,5 m3 olan bir qabda 0,2 MPa təzyiqdə və 20 ºC temperaturda hava var.

Qabın temperaturu dəyişməmək şərti ilə qabdakı vakuumun 56 kPa olması üçün qabdan nə qədər hava çıxarılmalıdır? Civə barometrinə görə atmosfer təzyiqi 18 ºС-ə bərabər olan civə temperaturunda 102,4 kPa təşkil edir. Gəmidəki vakuum 20 ºС civə temperaturunda civə vakuum ölçmə cihazı ilə ölçüldü.

Cavab: M= 1,527 kq.

Çox vaxt fərdi qazların deyil, onların qarışıqlarının nəzərə alındığı problemləri həll etməliyik. Müxtəlif təzyiq və temperaturlara malik kimyəvi reaksiya verməyən qazları qarışdırarkən adətən qarışığın son vəziyyətini müəyyən etmək lazımdır. Bu halda iki hal fərqləndirilir (Cədvəl 1).

Cədvəl 1

Qaz qarışığı*

	Temperatur, K	Təzyiq, Pa	Həcm, m 3 (həcm axını, m 3 / saat)
Qazların qarışması V=const
Qaz axınlarının qarışması**
* - qazların qarışığı ilə bağlı bütün tənliklər ətraf mühitlə istilik mübadiləsinin olmaması ilə alınır; ** - əgər kütləvi axın sürətləri ( M 1, M 2, …M n, kq/saat) qarışdırma axınları bərabərdir.

Budur k i– qazların istilik tutumlarının nisbəti (bax düstur (4.2)).

Qaz qarışıqları dedikdə bir-biri ilə kimyəvi qarşılıqlı əlaqədə olmayan bir neçə qazın mexaniki qarışığı başa düşülür. Qaz qarışığının tərkibi qarışığa daxil olan hər bir qazın miqdarı ilə müəyyən edilir və kütlə ilə müəyyən edilə bilər m i və ya həcmli r i səhmlər:

m i = M i / M; r i = V i / V, (3.1)

Harada M i- çəki i-ci komponent

V i– qismən və ya azaldılmış həcm mən- ci komponent;

M, V müvafiq olaraq bütün qarışığın kütləsi və həcmidir.

Aydındır ki

M 1 + M 2 +…+M n = M; m 1 + m 2 +…+m n = 1, (3.2)

V 1 + V 2 +…+ V n = V ;r 1 + r 2 +…+r n = 1, (3.3)

Qaz qarışığının təzyiqi arasındakı əlaqə R və ayrı-ayrı komponentlərin qismən təzyiqi p i qarışığa daxil edilir Dalton qanunu

Suya batırılmış bir gəmidə havanın sıxılması

Aşağıdakı vəziyyəti nəzərdən keçirin. Boş, açıq şüşə butulka h dərinliyinə qədər suya endirilir.

1. Şüşəni dibdən aşağı batırdıqda ondan havanın qabarcıqlar halında çıxmasının və şüşənin su ilə dolmasının səbəbini izah edin (şək. 46.1).

2. Niyə şüşə dərhal batır?

3. Şüşəni tərs batırdıqda ondan havanın niyə çıxmadığını izah edin (şək. 46.2).

4. Nə üçün şüşəni tərs batırdıqda, dərinlik artdıqca içindəki havanın həcminin azaldığını izah edin.

Suyun sıxlığını ρ-də, şüşənin daxili həcmini V 0, onun tərkibindəki havanın həcmini V havanı və atmosfer təzyiqini p a işarə edək. Fərz edək ki, şüşədəki havanın temperaturu sabit qalır.

5. Şüşə h dərinliyinə batırıldıqda aşağıdakı tənliyin niyə etibarlı olduğunu izah edin:

V hava (gh-də p a + ρ) = V 0 p a. (1)

6. Şüşə 10 m dərinliyə batırıldıqda içindəki havanın həcmi neçə dəfə azalacaq?

7. Hava şüşəsinə təsir edən Arximed qüvvəsi dərinlik artdıqca necə dəyişir?

8. Nə üçün bu halda Arximed qüvvəsini taparkən suya batırılmış cismin həcmini şüşədəki şüşə və havanın ümumi həcminə bərabər hesab etmək lazım olduğunu izah edin.

Müəyyən bir daldırma dərinliyində Arximedin qüvvəsi cazibə qüvvəsinə bərabər olacaqdır. Daha böyük bir dərinliyə dalma zamanı Arximedin qüvvəsi cazibə qüvvəsindən az olacaq, buna görə də hava ilə şüşə batmağa başlayacaq.

Gəlin sual verək: şüşəyə təsir edən cazibə qüvvəsi ilə müqayisədə havaya təsir edən cazibə qüvvəsini laqeyd etmək olarmı?

9. Yarım litrlik butulkada olan havanın kütləsi şüşənin kütləsindən neçə dəfə azdır? Şüşənin kütləsini 0,5 kq götürün; 20 ºС-də havanın sıxlığı təxminən 1,2 kq/m3 təşkil edir.

Beləliklə, şüşədəki hava kütləsinin şüşə kütləsi ilə müqayisədə yaxşı bir dəqiqliklə laqeyd edilə biləcəyini görürük.

Şüşənin sıxlığını ρ с, şüşənin həcmini isə V с işarə edək.

10. Tamamilə suya batırılmış hava şüşəsi tarazlıq vəziyyətində olduqda, aşağıdakı tənliyin niyə yerinə yetirildiyini izah edin:

ρ ilə V ilə g = ρ ilə g (V hava + V c). (2)

(1) və (2) tənlikləri iki naməlumlu iki tənlik sistemi kimi qəbul etmək olar. Məsələn, Vair və h istisna olmaqla, bu tənliklərə daxil olan bütün kəmiyyətlərin dəyərləri məlumdursa, onları bu tənliklərdən istifadə etməklə tapmaq olar.

11. Atmosfer təzyiqində hava olan açıq şüşə aşağıdan yuxarı suya endirilir. Butulkanın həcmi 0,5 l, şüşənin həcmi 0,2 l, şüşə sıxlığı suyun sıxlığından 2,5 dəfə, atmosfer təzyiqi 100 kPa.
a) Suya batırılmış şüşə tarazlıq vəziyyətində olduqda, butulkadakı havanın həcmi nə qədərdir?
b) Şüşə hansı dərinlikdə olacaq?

Nəzərdə tutulan vəziyyətdə havanın kütləsi laqeyd qala bilər, çünki atmosfer təzyiqinə yaxın təzyiqdə havanın sıxlığı suyun və bərk maddələrin sıxlığından qat-qat azdır.

Ancaq sıxılmış havadan istifadə edərək böyük dərinliklərdən yüklərin qaldırılmasından bəhs etdiyimiz hallarda sıxılmış havanın kütləsi əhəmiyyətli ola bilər.

Bir nümunəyə baxaq.

12. Okeanın dərinliklərinin kəşfiyyatçıları 1 km dərinlikdə batmış xəzinə sandığını aşkar ediblər. Sinənin çəkisi 2,5 ton, həcmi 1 m 3-dür. Sinəni kabellə güclü, boş suya davamlı çantaya bağladılar və sinə ilə birlikdə yuxarı qalxmağa başlayana qədər çantaya hava vurmağa başladılar. Hesablamaları sadələşdirmək üçün dəniz suyunun sıxlığının şirin suyun sıxlığına bərabər olduğunu fərz edəcəyik.Suyun sıxılmadığını, torba qabığının həcminin isə cüzi olduğunu qəbul edəcəyik. Böyük dərinliklərdə suyun temperaturu 0 ºС-ə yaxın hesab edilə bilər.
a) Çantadakı hava təzyiqini təyin etmək üçün atmosfer təzyiqini nəzərə almaq lazımdırmı?
b) Suyun sıxlığını ρ ilə, döş qəfəsinin kütləsində m c və m və çantadakı havanın kütləsini, döş qəfəsinin həcmində V c və V və qalxmanın əvvəlində havanın həcmini işarə edək. , M in – havanın molyar kütləsi, T – suyun mütləq temperaturu. Atmosfer təzyiqinin laqeyd qala biləcəyini fərz edərək, iki naməlum (m in və V in) olan iki tənlik sistemini yazın.
c) Sinəsi olan çantanın üzməyə başladığı anda kisədəki havanın həcmi nə qədərdir?
d) Sinəsi olan çanta üzməyə başlayanda torbada nə qədər hava kütləsi olur?
e) Çanta və sinə səthə çıxana qədər torbadan havanı buraxmamaq olarmı?

Civə sütunu olan bir boruda hava

Bir ucu möhürlənmiş şüşə boruda hava var. Bu hava atmosfer havasından uzunluğu l Hg olan civə sütunu ilə ayrılır (şəkil 46.3).

Borunun hava ilə doldurulmuş hissəsinin uzunluğunun borunun vəziyyətindən və içindəki havanın temperaturundan necə asılı olduğunu nəzərdən keçirək. Borunun uzunluğunun kifayət qədər böyük olduğunu qəbul edəcəyik ki, civə heç bir vəziyyətdə borudan tökülməsin.

Atmosfer təzyiqini p a, civənin sıxlığını ρ rt və borunun hava ilə dolu hissəsinin uzunluğunu, üfüqi vəziyyətdə yerləşdikdə l 0 işarəsi verək.
Əvvəlcə borudakı havanın temperaturunun sabit olduğunu düşünək.

13. Borunun yerləşdiyi zaman onun hava ilə dolu hissəsinin l rt, l 0 kəmiyyətlərini və l uzunluğunu əlaqələndirən tənliyi yazın:
a) açıq ucu ilə şaquli;
b) açıq ucu aşağı olmaqla şaquli.

14. İlkin anda boru açıq ucu aşağıya doğru yerləşdirilir. Onu tərs çevirəndə borunun hava ilə dolu hissəsinin uzunluğu 10% azalıb. Atmosfer təzyiqi 760 mm Hg olarsa, civə sütununun uzunluğu nə qədərdir? İncəsənət.?

İndi kabinədəki hava istiliyinin dəyişdiyi halı nəzərdən keçirək.

15. İlkin anda hava və civə sütunu olan boru üfüqi vəziyyətdə yerləşir. Açıq ucu ilə qaynar suya endirildikdə borunun hava ilə dolu hissəsinin uzunluğu 20% artdı. Civə sütununun uzunluğu 5 sm olarsa, borudakı havanın ilkin temperaturu neçədir? Atmosfer təzyiqi 760 mm civə sütunudur. İncəsənət.

2. Pistonlu və ya çəpərli silindrdə iki qaz

Silindr üfüqi vəziyyətdə yerləşir

Əvvəlcə müxtəlif qazları olan silindrin üfüqi şəkildə yerləşdiyi halı nəzərdən keçirək (Şəkil 46.4-də müxtəlif qazlar sxematik olaraq müxtəlif rənglərlə göstərilmişdir). Bu vəziyyətdə, pistonun çəkisini görməməzlikdən gələ bilərsiniz.

Bir pistonun problemləri həll edərkən nəzərə alınmalı olan müxtəlif xüsusiyyətlər ola bilər.

16. Porşenlə ayrılmış iki qazın təzyiqi və temperaturu haqqında nə demək olar, əgər o:
a) istilik keçiricidir və sürtünmədən hərəkət edə bilirmi?
b) istilik keçirmir, lakin sürtünmədən hərəkət edə bilir?
c) istilik keçirici, lakin piston və qabın divarları arasındakı sürtünməni nəzərə almaq lazımdır?

17. Pistonu olan üfüqi vəziyyətdə yerləşən silindrdə hidrogen və oksigen pistonun əks tərəflərində yerləşir.
a) Porşen hərəkətli və istilik keçiricidirsə, qazların həcmləri ilə onlarda olan maddənin miqdarı arasında hansı əlaqə var?
b) Bu halda qazların həcmləri və kütlələri arasında hansı əlaqə var?
c) Porşen hərəkətlidirsə, lakin istilik keçirmirsə, qazların həcmləri, kütlələri və temperaturları necə bağlıdır?

Əgər qabın porşenlə deyil, arakəsmə ilə bölündüyü deyilirsə, o zaman qabın hissələrinin həcmlərinin sabit qalması nəzərdə tutulur. Bölmə də müxtəlif xüsusiyyətlərə malik ola bilər.

18. Bölmə ilə ayrılmış iki qazın temperaturu və parsial təzyiqi haqqında nə demək olar, əgər o:
a) istilik keçirici?
b) məsaməli (bu adətən o deməkdir ki, bir qazın molekulları arakəsməni keçə bilər, lakin digər qazın molekulları keçə bilməz)?

19. Termal izolyasiya edilmiş qab məsaməli arakəsmə ilə iki bərabər hissəyə bölünür. İlkin anda qabın sol tərəfində 2 mol helium, sağ tərəfində isə 1 mol arqon var. Heliumun ilkin temperaturu 300 K, arqonun ilkin temperaturu isə 600 K-dir. Helium atomları arakəsmədəki məsamələrdən sərbəst keçə bilir, lakin arqon atomları bunu edə bilmir.
a) Bölmənin istilik keçirib-keçməməsinin əhəmiyyəti varmı?
b) Hansı qaz atomlarının başlanğıcda orta kinetik enerjisi daha böyükdür? Neçə dəfə çoxdur?
c) Başlanğıc anda hansı qazın daxili enerjisi daha böyükdür? Neçə dəfə çoxdur?
d) İstilik tarazlığına çatdıqdan sonra müxtəlif qazların atomlarının orta kinetik enerjilərinin niyə bərabər olduğunu izah edin.
e) İstilik tarazlığında qabda hansı temperatur olacaq?
f) İstilik tarazlığında helium atomlarının orta kinetik enerjisi onların ilkin vəziyyətdəki orta kinetik enerjisindən neçə dəfə böyük olacaq?
g) Tarazlıq yarandıqdan sonra damarın sol tərəfindəki helium təzyiqi ilkin təzyiqlə müqayisədə necə dəyişəcək?
h) Tarazlıq yarandıqdan sonra arqon təzyiqi ilkin təzyiqlə müqayisədə necə dəyişəcək?
i) Tarazlıq yarandıqdan sonra gəminin hansı hissəsində təzyiq daha çox olacaq? Neçə dəfə çoxdur?

Silindr şaquli vəziyyətdə yerləşir

Silindr şaquli yerləşirsə (şəkil 46.5), onda silindrin altında yerləşən qaza basan pistonun çəkisini nəzərə almaq lazımdır. Bu səbəbdən silindrin altındakı təzyiq yuxarıdan daha böyükdür. Bir nümunəyə baxaq.

20. Şaquli yerləşmiş l hündürlüyə malik silindrik qab daşınan porşenlə iki hissəyə bölünür. Hündürlüyü l olan yuxarı hissədə ν mol helium, hündürlüyü l n olan aşağı hissədə isə eyni sayda mol hidrogen var. Qazların temperaturu hər zaman T-yə bərabər qalır.Gəminin hündürlüyü ilə müqayisədə porşunun kütləsi m, sahəsi S və porşunun qalınlığını nəzərə almamaq olar.
a) Qabın hər bir hissəsindəki təzyiqi digər kəmiyyətlərlə ifadə edin. Gəminin hissələrindəki qazın növü önəmlidirmi?
b) Qabın hər bir hissəsindəki qazların təzyiqini pistonun kütləsi və onun sahəsi ilə əlaqələndirən tənliyi yazın.
c) l = 50 sm, ν = 0,22 mol, T = 361 K, l in = 30 sm olarsa, pistonun kütləsi nə qədərdir?
İpucu. İdeal qaz vəziyyəti tənliyindən istifadə edin.

Balon qaldırma

Şar (şəkil 46.6) havada yalnız o halda tarazlıqda ola bilər ki, ona havadan təsir edən Arximed qüvvəsi böyüklüyünə görə topa təsir edən ümumi cazibə qüvvəsinə və ondan asılmış yükə bərabər olsun:

F A =F t.sh + F t.gr. (3)

Balon vəziyyətində, Arximed çamuru şarın tutduğu həcmdə ətrafdakı havanın çəkisinə və onun çəkisinə bərabərdir. Biz “ətraf” sözünü kursivlə vurğuladıq, çünki yüksəlmə zamanı atmosfer havasının sıxlığı iki səbəbdən dəyişir: birincisi, təzyiqi azalır, ikincisi, temperaturu azalır.

Topun həcmini qeyd edək V. Topun yükünün və qabığının həcmi topun özünün həcmi ilə müqayisədə adətən nəzərə alınmır, lakin topun yükünün və qabığının kütlələri böyük əhəmiyyət kəsb edir! Yükün kütləsini m g, qabığın kütləsini isə m vol kimi qeyd edirik. Sonra

F t.sh = (m int + m haqqında)g,

burada m int topun doldurulduğu qazın kütləsidir.

Topu əhatə edən havanın sıxlığını ρ ext, topun içərisində yerləşən qazın sıxlığını isə ρ int kimi qeyd edək.

21. Aşağıdakı tənliklərin nə üçün doğru olduğunu izah edin:

F A = ​​ρ ext gV,
m daxili = ρ daxili V,
V(ρ ext – ρ int) = m gr + m vol. (4)

İpucu. (3) tənliyini və kütlə, həcm və sıxlıq arasındakı əlaqəni istifadə edin.

Balonun yer qüvvəsi, balonun qaldıra biləcəyi yükün çəkisidir.

22. Hava şarının qaldırma modulunun nə üçün düsturla ifadə olunduğunu izah edin

F altında = Vg(ρ xarici – ρ daxili) – m haqqında g. (5)

(4) və (5) düsturlarından belə çıxır ki, şar yalnız o halda yükü qaldıra bilər ki, şarın doldurulduğu qazın sıxlığı ətrafdakı havanın sıxlığından az olsun.

Top sərt olsaydı, bu, havanın qismən çıxarılması ilə əldə edilə bilər: sərt qabıq topun içərisində və xaricində hava təzyiqindəki fərqə tab gətirə bilərdi. Bununla belə, sərt topun qabığı çox ağır olardı. Hər zaman şarlar üçün istifadə edilən yumşaq qabıq heç bir əhəmiyyətli təzyiq fərqinə tab gətirə bilməz. Buna görə də topun içindəki qaz təzyiqi ətrafdakı havanın təzyiqinə bərabərdir.

23. Əgər topun daxilindəki təzyiq ətrafdakı havanın təzyiqinə bərabərdirsə, onda bərabərliyin niyə doğru olduğunu izah edin.

ρ daxili /ρ xarici = (M daxili * T xarici) / (M xarici * T daxili). (6)

İpucu. İdeal qaz vəziyyəti tənliyindən istifadə edin.

(6) düsturundan aydın olur ki, topun doldurulduğu qazın sıxlığı iki yolla ətrafdakı havanın sıxlığından az ola bilər:
– “daxili” qaz kimi qızdırılan havadan istifadə etmək;
– aşağı molyar kütləsi olan qazdan istifadə edin.

Birinci üsul həzz balonları üçün istifadə olunur (Şəkil 46.6), ikincisi isə böyük hündürlüyə qalxan hava şarları üçün (Şəkil 46.7) (bu halda balon adətən heliumla doldurulur).

24. (5) və (6) düsturlarından nə üçün şarın qaldırma qüvvəsinin modulunun düsturla ifadə edildiyini izah edin.

? 25. Həcmi 3000 m3 olan şarın aşağı hissəsində bir deşik var ki, oradan şarın içindəki hava brülör vasitəsilə 77 ºC temperatura qədər qızdırılır. Top ətraf mühitin temperaturunun 7 ºC və sıxlığının 1,2 kq/m3 olduğu hündürlükdə tarazlıqdadır. Topun qabığının kütləsi 300 kq-dır. Yükün kütləsi nə qədərdir?

Əlavə suallar və tapşırıqlar

26. Gölün dibində 90 m dərinlikdə yerləşən pontona yuxarıdan hava vurulur (şək. 46.8). Atom suyu pontonun aşağı hissəsində yerləşən bir dəlikdən zorla çıxarıldıqda. Pontonun yüklə birlikdə ümumi kütləsi 20 ton, yükün və pontonun divarlarının ümumi həcmi isə 5 m 3 olarsa, yükü qaldıra bilməsi üçün pontona hansı həcmdə atmosfer havası verilməlidir? ? Fərz edək ki, suyun temperaturu 0 ºС-ə yaxındır və atmosfer təzyiqi 10 5 Pa təşkil edir.

27. U formalı borunun möhürlənmiş dirsəyində hündürlüyü 30 sm olan hava sütunu var.Hər iki dirsəkdə civə eyni səviyyədədir. Yavaş-yavaş yuxarıya civə əlavə etsəniz, hava sütununun hündürlüyü nə qədər olacaq? Təzyiq normal atmosfer təzyiqinə bərabərdir.

28. Heliumla doldurulmuş şar havada tarazlıqdadır. Balon qabığının bir kvadrat metrinin kütləsi 50 q, havanın və heliumun temperaturu 27 ºС, təzyiq normal atmosfer təzyiqinə bərabərdir. Topun radiusu nədir?

İstehlak olunan tənəffüs qarışığının istehlakını göstərən şərtlər:

RMV – tənəffüs dəqiqə həcmi – dəqiqədə tənəffüs həcmi;

SAC – yerüstü hava sərfi – səth hava sərfi.

Niyə hər bir dalğıc öz tənəffüs qarışığının istehlakını (hava, nitroks, trimix - bundan sonra, sadəlik üçün - qaz) bilməlidir? Bu sualın cavabı çox sadədir. Dalışınızı düzgün planlaşdırmaq və dalış zamanı qazın qəfil tükəndiyi bir vəziyyətdən qaçmaq üçün. Bunun üçün nə lazımdır? Qaz istehlakının ölçülməsi prosesi çox sadədir, lakin dalış zamanı bir neçə şərtin yerinə yetirilməsini tələb edir. Əvvəlcə anlamaq lazımdır ki, qaz istehlakı müxtəlif yelkən şəraitində (dərinlik, cərəyanlar, hərəkət sürəti və s.) Fərqli olacaq. Bədəndə fiziki fəaliyyət nə qədər çox olarsa, bir o qədər çox CO2 ayrılır və biz daha tez-tez nəfəs alırıq. Buna görə bir neçə ölçmə etməlisiniz:

• yüngül yük (cari ilə sürüşmə, yavaş hərəkət);
• orta yük (orta sürətlə cərəyansız üzmə);
• ağır yük (cariyə qarşı üzmək və ya sürətli üzgüçülük tempi).

Bütün bu hallarda tənəffüs qazı istehlakımızı ölçməliyik. Əvvəlcədən planlaşdırılan bir dərinliyə dalırıq və ona mümkün qədər ciddi riayət etməyə çalışaraq, aşağıdakı göstəriciləri qeyd edirik - vaxt, silindrdəki təzyiq, dərinlik. Ölçmə dəqiqliyi üçün hər bir ölçmə üçün ümumi qaz ehtiyatının yarısından istifadə etmək məqsədəuyğundur. Bunlar. Hər üç ölçmə 3 dalışda aparıla bilər. Bütün ölçmə vaxtı ərzində biz alət oxunuşlarını 3-10 dəqiqəlik fasilələrlə qeyd etməliyik (dalğıc şəraitindən asılı olaraq). Nəticədə belə bir boşqab alacaqsınız:

• T - cari dalış vaxtı, dəqiqə,
• P - silindrdəki təzyiq, bar,
• D – cari dərinlik, metr.

Sonra dəqiqədə istehlak etdiyimiz barlarda nə qədər havanın ifadə edildiyini hesablamalıyıq. T cəmi = (28-3) = 25 dəqiqə P cəmi = (190-90) = 100 bar 100/25 = 4 bar/dəq Sonra bu dəyəri litrə çevirməliyik. Silindrimizin həcmini (məsələn, ölçmə üçün 12 litrlik bir polad silindrlə daldırdıq) və istehlak edilən barın miqdarını bilməklə, litrlə dəyəri əldə edə bilərik. 4*12 = 48 litr/dəq Lakin ölçmələrimizi su altında apardıq, buna görə də ətraf mühitin təzyiqi altında havanı udduq. Planlaşdırmamız üçün səth axınına ehtiyacımız var. Orta daldırma dərinliyini hesablayırıq. Daverage = (15,3+15,7+15,1+14,9+15,2+15,0)/6 = 15,2 m P = (15,2/10)+1 = 2,52 ata Bu dərinlikdə axın sürətimizi mütləq təzyiqə görə dərinliyə bölsək, səthi alırıq. litrlə hava axını. RMV = 48/2,52 = 19,04 litr.

Fərqli şərtlərdə üç ölçmə aparmaqla, dalışlarımızı daha da planlaşdırmaq üçün uğurla istifadə edilə bilən üç fərqli dəyərə sahib olacağıq. Dalacağımız şərtləri və dalışımızın dərinliyini bilməklə bu və ya digər qaz ehtiyatının bizə nə qədər davam edəcəyini hesablamaq bizim üçün çətin olmayacaq. Bunu bilərək, biz dalışın özünü daha bacarıqla planlaşdıra və əldə edilməmiş məqsədlərdən məyus olmağın qarşısını ala bilərik. Məsələn, 12 litr həcmli və 180 bar təzyiqli bir hava silindrimiz var. Litrlərdəki havanın ümumi həcmi 180 * 12 = 2160 litrdir. Ancaq planlaşdırma üçün fövqəladə hallarda ehtiyac duya biləcəyimiz 28-35 barlıq "fövqəladə" qaz ehtiyatını dərhal atmalıyıq. Beləliklə (180-35)*12 = hər dalış üçün 1740 litr hava. Gözlənilən dalış dərinliyi 25 metrdir. Dalış cərəyanların olmadığı bir yerdə baş tutacaq. Suya giriş və çıxış nöqtələri eyni yerdədir. Məntiqlidir ki, belə bir dalışı başa çatdırmaq üçün pulsuz qaz təchizatımızın yarısını dönüş nöqtəsinə, qalan yarısını isə geri dönməyə sərf edəcəyik. İstehlak olunan havanın təzyiqi 25/10+1 = 3,5 ata olacaq: 1740/2 = 870 litr. 870/(19.04*3.5) = 12.81 dəq = 12 dəq (təhlükəsizliyi artırmaq üçün bütün yuvarlaqlaşdırma) Buna görə də, dalış hədəfinə getmək və onu yoxlamaq üçün 12 dəqiqəmiz və geri qayıtmaq üçün 12 dəqiqəmiz var. Çox səviyyəli dalışları hesablayarkən, dalışı dərinliyə və vaxta görə ayrı-ayrı seqmentlərə bölməklə istehlakımızı kifayət qədər dəqiq hesablamaq da mümkündür.