다이빙 하강의 물리적 기반. 가스 혼합물 더 적은 부하, 더 많은 비용 절감

수업 주제: 가스법. 유체정역학과 유체역학의 법칙.

가스는 입자가 자유롭게 이동하여 사용 가능한 공간을 고르게 채우는 물질의 집합체 상태 중 하나입니다. 그들은 이 공간을 제한하는 껍질에 압력을 가합니다. 정상 압력에서 가스의 밀도는 액체의 밀도보다 몇 배 더 작습니다.

가스 역학의 법칙

• 보일-마리오트의 법칙(등온과정)
• Charles의 법칙(등방성 과정) 및 Gay-Lussac(등압 과정)
• 돌턴의 법칙
• 헨리의 법칙

• 파스칼의 법칙
• 아르키메데스의 법칙
• 오일러-베르누이 법칙

보일-마리오트의 법칙(등온과정)

• 일정한 온도 T에서 주어진 가스 M의 질량에 대해 부피 V는 압력 P에 반비례합니다. PV \u003d const, P 1 V 1 \u003d P 2 V 2, P 1 및 P 2 - 초기 및 최종 압력 값 , V 1 및 V 2 - 초기 및 최종 압력 값.
• 결론 - 압력이 몇 배 증가하면 부피는 몇 배 감소합니까?
• 이 법칙을 사용하면 수심이 증가함에 따라 수중 수영 선수의 호흡에 필요한 공기 소비량이 몇 배나 증가하는지 이해하고 물 속에서 보낸 시간도 계산할 수 있습니다.
• 예: V 실린더 = 15l, P 실린더 = 200, Bar V 폐 = 5l, D 깊이 = 40m 이 깊이에서 실린더는 얼마나 오래 지속됩니까? 사람이 1분에 6번 숨을 쉬면? 15x200 = 탱크 내 공기 3000l, 5x6=30l/min - 표면의 분당 공기 소비량. 40m 깊이에서 P abs =5 bar, 깊이에서 30x5=150 l/min. 3000/150= 20분 답: 30분 동안 공기를 충분히 공급합니다.

Charles의 법칙(등방성 과정) 및 Gay-Lussac(등압 과정)

• 주어진 질량의 가스 M에 대해 일정한 양V압력은 절대 온도 T의 변화에 ​​정비례합니다: P 1 xT 1 = P 2 xT 2
• 주어진 질량의 가스 M에 대해 일정한 압력 P가스의 부피는 절대 온도 T의 변화에 ​​정비례하여 변화합니다. V 1 xT 1 \u003d V 2 xT 2
• 절대 온도는 켈빈 온도로 표현됩니다. 0°C=273°K, 10°C=283°K, -10°C=263°K
• 예: 실린더에 200bar 압력의 압축 공기가 채워지고 온도가 70°C로 상승했다고 가정합니다. 풍선 내부의 기압은 얼마입니까? P 1 \u003d 200, T 1 \u003d 273, P 2 \u003d?, T 2 \u003d 273 + 70 \u003d 343, P 1 xT 1 \u003d P 2 xT 2, P 2 \u003d P 2 xT 2 / T 1 \u003d 200 × 343/273 = 251바

돌턴의 법칙

• 가스 혼합물의 절대 압력은 혼합물을 구성하는 개별 가스의 부분 (부분) 압력의 합과 같습니다.
• 부분 가스 압력 Pg는 주어진 가스의 백분율 n과 가스 혼합물의 절대 압력 Pab에 비례하며 다음 공식으로 결정됩니다. Pg = Pabs n/100. 이 법칙은 밀폐된 부피의 가스 혼합물과 저울에 놓인 서로 다른 무게의 분동 세트를 비교하여 설명할 수 있습니다. 분명히, 각각의 분동은 다른 분동의 존재 여부에 관계없이 저울에 압력을 가할 것입니다.

헨리의 법칙

• 액체에 용해된 기체의 양은 부분압력에 정비례합니다.기체의 부분압력이 두 배가 되면 용해된 기체의 양도 두 배가 됩니다. 수영자가 다이빙을 하면 Pabs가 증가하므로 수영자가 흡입하는 가스의 양이 많아지고 그에 따라 더 많은 양이 혈액에 용해됩니다. 올라가면 압력이 낮아지고, 탄산수 병을 열 때처럼 혈액에 용해된 기체가 거품 형태로 나온다. 이 메커니즘은 DCS의 기초가 됩니다.

유체정역학과 유체역학의 법칙

물과 가스의 경우 유동성으로 인해 이러한 매체의 압력 전달 능력을 결정하는 파스칼의 법칙이 충족됩니다. 액체에 잠긴 물체의 경우, 무게로 인해 액체에 의해 생성된 압력이 물체 표면에 작용(즉, 중력의 작용)하므로 아르키메데스의 법칙이 충족됩니다. 움직이는 액체와 기체의 경우 오일러-베르누이 법칙이 유효합니다.

파스칼의 법칙

외부 힘에 의해 생성된 액체(또는 기체) 표면의 압력은 액체(또는 기체)에 의해 모든 방향으로 동일하게 전달됩니다.

이 법의 적용은 스쿠버 장비(실린더 - 감속기 - 호흡 기계)를 포함한 모든 종류의 유압 장치 및 장치의 작동에 기초합니다.

아르키메데스의 법칙

액체(또는 기체)에 잠긴 물체는 위쪽으로 향하는 힘에 의해 이 액체(또는 기체)에 의해 작용하고, 변위된 부피의 무게 중심에 적용되며 액체(또는 기체)의 무게와 같은 크기입니다. 몸으로 옮겨졌습니다.

큐= yV

~에 – 액체의 비중;

V- 몸체에 의해 변위된 물의 부피(침수된 부피).

아르키메데스의 법칙은 액체에 잠긴 물체의 특성을 부력과 안정성으로 정의합니다.

오일러-베르누이 법칙

흐르는 액체 (또는 가스)의 압력은 이동 속도가 낮은 흐름 섹션에서 더 크고, 그 반대의 경우 이동 속도가 더 빠른 섹션에서는 압력이 더 낮습니다. .

다이빙 공기의 정확한 계산은 장비의 완벽한 기술적 조건 다음으로 중요한 요소입니다. 이 작업은 스쿠버 장비가 발명된 순간부터 지속되어 왔기 때문에 필요한 공기량을 계산하는 특별한 방법이 오랫동안 개발되어 왔습니다. 분당 다이버 1명이 필요로 하는 공기량을 기준으로 하여 그 결과 값을 실린더 내 가스량으로 나눕니다.

이러한 계산은 공기 소비량이 신체 활동에 따라 달라지기 때문에 복잡합니다. 조용한 수영에서는 집중적인 지느러미 낚시보다 훨씬 적습니다. 항상 고려되는 또 다른 요소는 침수 깊이입니다. 깊이가 깊을수록 공기를 공급하는 데 더 많은 압력이 필요합니다. 고려된 모든 요소는 목록으로 표시될 수 있습니다.

1. 풍선의 부피.
2. 풍선의 압력.
3. 분당 공기 소비량(RMV라고 함)
4. 침수 깊이.

처음 두 매개변수는 매우 정확할 수 있습니다. 정확도는 표시된 볼륨과 일치하는 방식과 충전에 사용된 펌프의 밸브가 얼마나 정확하게 조정되었는지에 따라 달라집니다. 재급유가 끝나면 압력 센서에 의해 압축기가 꺼집니다. 실린더의 공기량이 선언 된 것과 정확히 일치한다는 사실에 대한 책임이 있습니다.

계산하기 가장 어려운 것은 RMV입니다. 정확한 데이터는 경험적으로만 얻을 수 있습니다. 이것이 바로 그들이 다이버를 훈련할 때 하는 일입니다. 학생은 다양한 다이빙 모드, 흐름에 따른 표류, 리프팅 또는 정지 모드에서 압력 게이지의 판독값을 기억합니다. 또한 수신된 데이터를 기반으로 개별 RMV 표시기가 표시됩니다. 데이터는 다이빙 시간, 수심, 압력계 실린더의 압력이라는 세 개의 열로 구성된 테이블 형식으로 기록됩니다. 부피에 따라 실린더의 압력을 다시 계산한 후(지표를 곱하기만 하면 됨) 분당 공기 소비량의 정확한 값을 얻고 하중 및 깊이에 대한 보정값을 도출합니다.

강사와 함께 시험 다이빙을 해야 하는 측정을 할 시간이 없는 경우 일반 지표가 사용됩니다. 모든 개별 기능을 포괄하는 데 필요한 약간의 여백을 두고 계산됩니다. 따라서 체중 80kg의 다이버가 수면에서 소비하는 공기 소비량은 20~25l/min입니다. (실제로는 다소 적습니다 - 16 - 22 리터). 여성은 공기 흡입량이 훨씬 적습니다. 다음 단계는 깊이를 수정하는 것입니다. 담그는 깊이가 증가함에 따라 필요한 공기의 양은 매우 빠르게 증가합니다. 50m(아마추어 다이빙의 최대 수심)에서는 거의 두 배(약 40l/분)가 필요합니다.

혼합물에 따라 최대 흡입 압력이 다릅니다. 산소의 경우 1.3~1.4atm에 불과합니다. 이러한 이유로 심해 다이빙에는 특별한 혼합물이 필요합니다. 컴파일할 때 그들은 산소 함량을 일반 공기의 자연 산소 함량과 약간 다르게 만들려고 노력합니다. 심해 혼합물의 질소 함량도 감소합니다. 일반 공기를 사용하면 이미 30m에서 질소 마취가 시작되기 때문입니다. 가장 깊은 다이빙의 경우 헬륨-산소 혼합물이 최적입니다. 아마추어 다이빙에서는 거의 사용되지 않습니다. 실린더에 헬륨을 채우는 것은 초고투과성을 특징으로 하기 때문에 어렵습니다. 그러나 산소와 혼합하면 이러한 단점이 거의 완화됩니다.

깨끗한 공기를 사용할 때는 실린더가 어디에 채워졌는지도 중요합니다. 주요 요구 사항은 하나뿐입니다. 공기의 순도는 필수적입니다. 따라서 전기 드라이브를 사용하는 것이 더 좋습니다. 그러면 일산화탄소와 과도한 이산화탄소가 유입될 위험이 최소화됩니다. 실린더 충전은 환경 친화적인 장소, 예를 들어 해변이나 시골에서 수행하는 것이 가장 좋습니다.

작업

해결책.

해결책.

예

20리터 산소 실린더가 가압됨
15 ºС에서 10 MPa. 산소의 일부가 소모된 후 압력은 7.6MPa로 떨어졌고 온도는 10ºC로 떨어졌습니다.

소비된 산소의 질량을 결정합니다.

특성 방정식(2.5)으로부터

따라서 산소가 소비되기 전에 그 질량은

킬로그램,

그리고 지출 후

킬로그램.

그래서 산소 소모량은

ΔM \u003d M 1 -M 2\u003d 2.673 - 2.067 \u003d 0.606kg.

일산화탄소의 밀도와 비체적 측정 그래서 27 ºС의 온도에서 0.1 MPa의 압력에서.

비체적은 특성 방정식(2.6)에 의해 결정됩니다.

m 3 /kg .

일산화탄소 밀도(1.2)

kg / m 3.

움직이는 피스톤이 있는 실린더에는 산소가 들어 있습니다.
티= 80 ºС 및 희박(진공)은 427 hPa와 같습니다. 일정한 온도에서 산소는 과도한 압력으로 압축됩니다.
p est= 1.2MPa. 기압 안에= 933hPa.

산소량은 얼마나 줄어들까?

답변:V 1 / V 2 = 22,96.

면적 35m 2, 높이 3.1m의 방에서 공기는 티= 23 ºС 및 기압 안에= 973hPa.

기압이 다음과 같이 증가하면 거리에서 실내로 얼마나 많은 공기가 침투합니까? 안에= 1013hPa. 공기 온도는 일정하게 유지됩니다.

답변:남 = 5.1kg .

부피가 5m 3인 용기에는 기압의 공기가 들어 있습니다. 안에= 0.1 MPa 및 온도 300 ºС. 그런 다음 용기에 80kPa의 진공 압력이 형성될 때까지 공기를 펌핑합니다. 펌핑 후 공기 온도는 동일하게 유지됩니다.

얼마나 많은 공기가 펌핑됩니까? 펌핑 후 남은 공기가 특정 온도로 냉각되면 용기의 압력은 얼마입니까? 티= 20ºС?

답변: 2.43kg의 공기를 펌핑했습니다. 공기를 냉각시킨 후 압력은 10.3kPa가 됩니다.

팬을 통해 증기 보일러의 공기 히터에 30°C 온도의 130,000m 3 /h 공기가 공급됩니다.

일정한 압력에서 400 ºС로 가열되는 경우 공기 히터 출구의 체적 공기 흐름을 결정합니다.

답변:V= 288700m 3 / h.

일정한 온도에서 압력계 판독값이 p 1= 1.8MPa까지 2페이지= 0.3MPa?

기압은 0.1 MPa와 같습니다.

답변:

0.5m 3의 용기에는 0.2MPa의 압력과 20ºС의 공기가 있습니다.

용기 안의 온도가 변하지 않는다면 용기 안의 진공이 56kPa가 되도록 용기 밖으로 얼마나 많은 공기를 펌핑해야 합니까? 수은 기압계에 따른 대기압은 수은 온도가 18ºC일 때 102.4kPa입니다. 용기의 진공은 수은 온도 20°C에서 수은 진공 게이지로 측정되었습니다.

답변: 중= 1.527kg.

개별 가스가 아닌 그 혼합물을 고려하는 문제를 해결해야 하는 경우가 많습니다. 압력과 온도가 서로 다른 화학적으로 상호작용하지 않는 가스를 혼합할 때 일반적으로 혼합물의 최종 상태를 결정하는 것이 필요합니다. 이 경우에는 두 가지 경우가 구별된다(표 1).

1 번 테이블

가스 혼합*

	온도, K	압력, Pa	부피, m 3 (체적 유량, m 3 / h)
가스 혼합 V=상수
가스 흐름의 혼합**
* - 가스 혼합과 관련된 모든 방정식은 환경과의 열 교환이 없다는 조건 하에서 파생됩니다. ** - 대량 비용이 드는 경우 ( 남 1, 남 2, ... 남 n, kg/h)의 혼합 유량은 동일합니다.

여기 케이 나가스의 열용량 비율입니다 (식 (4.2) 참조).

가스 혼합물은 서로 화학적으로 상호 작용하지 않는 여러 가스의 기계적 혼합물로 이해됩니다. 가스 혼합물의 조성은 혼합물에 포함된 각 가스의 양에 따라 결정되며 질량으로 설정할 수 있습니다. 나또는 방대한 나는주식:

미 = 미 / 미; r i = V i / V, (3.1)

어디 나는- 무게 나-번째 구성 요소,

바이- 부분적이거나 감소된 볼륨 나-번째 구성 요소;

중, V는 각각 전체 혼합물의 질량과 부피입니다.

그것은 분명하다

M 1 + M 2 + ... + M n \u003d M; m 1 + m 2 +… +m n = 1, (3.2)

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

가스 혼합물의 압력 사이의 관계 아르 자형개별 구성 요소의 부분 압력 피 나는혼합물에 포함되어 설정됩니다. 돌턴의 법칙

물에 잠긴 용기의 공기 압축

다음 상황을 고려하십시오. 열려 있는 빈 유리병을 물에 깊이 h까지 담급니다.

1. 병을 거꾸로 담그면 기포가 생기고 병에 물이 채워지는 이유를 설명하십시오(그림 46.1).

2. 병이 즉시 가라앉는 이유는 무엇입니까?

3. 병을 거꾸로 담그면 공기가 빠져나가지 않는 이유를 설명하십시오(그림 46.2).

4. 병을 거꾸로 담그면 깊이가 깊어짐에 따라 병 안의 공기량이 감소하는 이유를 설명하십시오.

물의 밀도 ρ in, 병의 내부 부피 V 0, 그 안에 들어있는 공기의 부피 V 공기, 대기압 p a를 나타냅니다. 병 안의 공기 온도는 일정하게 유지된다고 가정합니다.

5. 병을 깊이 h까지 담그면 방정식이 참이 되는 이유를 설명하십시오.

V 공기 (pa + ρ, gh) \u003d V 0 p a. (1)

6. 병을 10m 깊이에 담그면 병 안의 공기량이 몇 배나 줄어들까요?

7. 공기병에 작용하는 아르키메데스의 힘은 깊이가 증가함에 따라 어떻게 변합니까?

8. 이 경우 아르키메데스의 힘을 찾을 때 물에 잠긴 물체의 부피가 병 안의 유리와 공기의 총 부피와 동일하다고 간주되어야 하는 이유를 설명하십시오.

특정 깊이에 잠기면 아르키메데스의 힘은 중력과 같아집니다. 더 깊은 곳으로 잠수하면 아르키메데스의 힘이 중력보다 작아져서 공기병이 가라앉기 시작합니다.

질문을 던져보겠습니다. 병에 작용하는 중력과 비교하여 공기에 작용하는 중력을 무시하는 것이 가능합니까?

9. 0.5리터짜리 병에 담긴 공기의 질량은 병의 질량보다 몇 배나 적습니까? 병의 질량을 0.5kg으로 계산합니다. 20°C에서의 공기 밀도는 대략 1.2kg/m 3 입니다.

따라서 우리는 병 안의 공기 질량을 병의 질량과 비교하여 매우 정확하게 무시할 수 있음을 알 수 있습니다.

유리 밀도를 ρ c로, 유리 부피를 V c로 표시하겠습니다.

10. 공기병이 물에 완전히 잠겨 평형 상태에 있을 때 다음 방정식이 참인 이유를 설명하십시오.

ρ with V with g = ρ in g(V 공기 + V c). (2)

방정식 (1)과 (2)는 두 개의 미지수를 갖는 두 방정식의 시스템으로 간주될 수 있습니다. 예를 들어 Vair와 h를 제외하고 이 방정식에 포함된 모든 수량의 값을 알고 있다면 이 방정식을 사용하여 찾을 수 있습니다.

11. 대기압의 공기가 담긴 열린 병을 거꾸로 물 속으로 내립니다. 병 용량 0.5 l, 유리 부피 0.2 l, 유리 밀도는 물의 2.5배, 기압 100 kPa.
a) 물에 담근 병이 평형 상태에 있을 때 병 안의 공기량은 얼마인가?
b) 병의 깊이는 어느 정도입니까?

고려된 상황에서 공기의 질량은 무시될 수 있습니다. 왜냐하면 대기압에 가까운 압력에서 공기의 밀도는 물과 고체의 밀도보다 훨씬 작기 때문입니다.

그러나 압축 공기를 사용하여 깊은 곳에서 하중을 들어 올리는 경우 압축 공기의 질량이 상당할 수 있습니다.

예를 고려하십시오.

12. 심해 탐험가들은 수심 1km에서 가라앉은 보물 상자를 발견했습니다. 상자의 무게는 2.5톤, 부피는 1m 3입니다. 가슴은 튼튼한 빈 방수 가방에 케이블로 묶여 있었고 가방이 가슴과 함께 떠오를 때까지 가방 안으로 공기를 펌핑했습니다. 계산을 단순화하기 위해 해수의 밀도를 담수의 밀도와 동일하게 가정하고, 물은 비압축성이고 가방 껍질의 부피는 무시할 수 있다고 가정합니다. 깊은 수심의 수온은 0°C에 가까운 것으로 간주할 수 있습니다.
a) 가방 안의 공기압을 결정하기 위해 대기압을 고려해야 합니까?
b) 우리는 ρ를 가슴의 질량과 가방의 공기 질량에 대한 물의 밀도, m c 및 m, 가슴의 부피와 상승 시작시 공기의 부피에 대한 V c 및 V, M v는 공기의 몰 질량이고, T는 물의 절대 온도입니다. 대기압을 무시할 수 있다는 가정 하에 두 개의 미지수(m in 및 V in)가 있는 두 방정식의 시스템을 작성합니다.
c) 가슴이 있는 가방이 뜨기 시작하는 순간 가방 안의 공기량은 얼마입니까?
d) 가슴이 있는 가방이 뜨기 시작했을 때 가방 안의 공기 질량은 얼마입니까?
e) 가슴이 들어 있는 가방이 표면으로 떠오를 때까지 가방 안의 공기를 빼는 것이 가능한가요?

수은관의 공기

한쪽 끝이 밀봉된 유리관에 공기가 담겨 있습니다. 이 공기는 길이가 l rt인 수은 기둥에 의해 대기와 분리됩니다(그림 46.3).

공기로 채워진 튜브 부분의 길이가 튜브의 위치와 공기 온도에 따라 어떻게 달라지는지 고려해 보겠습니다. 우리는 수은이 어떤 위치에서도 튜브 밖으로 쏟아져 나오지 않을 만큼 튜브의 길이가 충분히 크다고 가정할 것입니다.

우리는 대기압 p a, 수은 밀도 ρ RT 및 튜브의 공기가 채워진 부분의 길이를 수평으로 배치했을 때 l 0 을 나타냅니다.
먼저 관 안의 공기 온도가 일정하다고 가정해 보겠습니다.

13. l rt, l 0의 값과 튜브의 공기가 채워진 부분의 길이 l을 연관시키는 방정식을 작성하십시오.
a) 수직으로 열린 끝;
b) 수직으로 열린 끝이 아래로 향함.

14. 처음에는 튜브의 열린 끝이 아래로 향하게 위치합니다. 거꾸로 뒤집으면 튜브의 공기가 채워진 부분의 길이가 10% 감소했습니다. 대기압이 760mmHg일 때 수은기둥의 길이는 얼마입니까? 미술.?

이제 기내의 공기 온도가 변하는 경우를 고려해 보겠습니다.

15. 초기 순간에 공기와 수은 기둥이 있는 튜브가 수평으로 위치합니다. 끝이 열린 채로 끓는 물에 담그면 튜브의 공기가 채워진 부분의 길이가 20% 증가했습니다. 수은 기둥의 길이가 5 cm라면 관 안의 공기의 초기 온도는 얼마인가? 대기압은 760mmHg입니다. 미술.

2. 피스톤이나 배플이 있는 실린더에 있는 두 가지 가스

실린더가 수평이다

먼저 서로 다른 가스를 가진 실린더가 수평으로 배치되어 있는 경우를 고려해 보겠습니다(그림 46.4에서 서로 다른 가스는 서로 다른 색상으로 개략적으로 표시됨). 이 경우 피스톤의 무게는 무시될 수 있습니다.

피스톤은 문제를 해결할 때 고려해야 할 다양한 특성을 가질 수 있습니다.

16. 다음과 같은 경우 피스톤으로 분리된 두 가스의 압력과 온도에 대해 무엇을 말할 수 있습니까?
a) 열전도성이 있고 마찰 없이 움직일 수 있습니까?
b) 열을 전도하지 않지만 마찰 없이 움직일 수 있습니까?
c) 열 전도성이 있지만 피스톤과 용기 벽 사이의 마찰을 고려해야 합니까?

17. 피스톤의 반대쪽에 피스톤이 있는 수평으로 위치한 실린더에는 수소와 산소가 있습니다.
a) 피스톤이 움직일 수 있고 열전도성이 있는 경우 가스의 부피와 그 안에 있는 물질의 양 사이에는 어떤 관계가 있습니까?
b) 이 경우 기체의 부피와 질량 사이에는 어떤 관계가 있습니까?
c) 피스톤이 움직일 수 있지만 열을 전도하지 않는 경우 가스의 부피, 질량 및 온도는 어떻게 관련됩니까?

용기가 피스톤이 아닌 칸막이로 나누어진다고 하면 용기 부분의 부피가 일정하게 유지되는 것으로 이해됩니다. 파티션은 다른 속성을 가질 수도 있습니다.

18. 다음과 같은 경우 칸막이로 분리된 두 가스의 온도와 부분압에 대해 무엇을 말할 수 있습니까?
a) 열 전도성?
b) 다공성(이것은 ​​일반적으로 한 가스의 분자가 칸막이를 관통할 수 있지만 다른 가스의 분자는 침투할 수 없음을 의미함)?

19. 단열 용기는 다공성 칸막이로 두 개의 동일한 부분으로 나뉩니다. 초기 순간 용기 왼쪽에는 헬륨 2몰이 있고 오른쪽에는 아르곤 1몰이 있습니다. 헬륨의 초기 온도는 300K이고 아르곤의 초기 온도는 600K입니다. 헬륨 원자는 격벽의 기공을 통해 자유롭게 침투할 수 있지만 아르곤 원자는 그렇지 않습니다.
a) 배플이 열을 전도하는지 여부가 중요합니까?
b) 초기 순간에 어떤 가스의 원자가 더 큰 평균 운동 에너지를 갖습니까? 몇 배 더 크나요?
c) 초기 순간에 어느 기체의 내부 에너지가 더 큰가? 몇 번이나 더요?
d) 열평형에 도달한 후 서로 다른 기체 원자의 평균 운동 에너지가 동일한 이유를 설명하십시오.
e) 열 평형 상태에서 용기의 온도는 얼마입니까?
f) 열 평형 상태에서 헬륨 원자의 평균 운동 에너지는 초기 상태의 평균 운동 에너지보다 몇 배 더 클까요?
g) 평형이 설정된 후 용기 왼쪽의 헬륨 압력은 초기 압력과 비교하여 어떻게 변합니까?
h) 평형이 이루어진 후 아르곤 압력은 초기 압력과 비교하여 어떻게 변합니까?
i) 평형이 이루어진 후 용기의 어느 부분의 압력이 더 커지나요? 몇 번이나 더요?

실린더는 수직이다

실린더가 수직으로 위치하는 경우(그림 46.5) 실린더 바닥에 있는 가스를 누르는 피스톤의 무게를 고려해야 합니다. 이로 인해 실린더 바닥의 압력이 상단보다 높습니다. 예를 고려하십시오.

20. 수직으로 위치한 높이 l의 원통형 용기는 이동식 피스톤에 의해 두 부분으로 나뉩니다. 높이 l의 상부에는 ν 몰의 헬륨이 있고, 하부에는 높이 l n - 동일한 몰 수의 수소가 있습니다. 가스의 온도는 항상 T와 동일하게 유지됩니다. 피스톤의 질량 m, 면적 S, 피스톤의 두께는 용기 높이에 비해 무시될 수 있습니다.
a) 용기 각 부분의 압력을 다른 양으로 표현하십시오. 이를 위해 용기 부분의 가스 유형이 중요합니까?
b) 용기 각 부분의 가스 압력과 피스톤의 질량 및 면적을 연결하는 방정식을 쓰십시오.
c) l \u003d 50 cm, ν \u003d 0.22 mol, T \u003d 361 K, l in \u003d 30 cm이면 피스톤의 질량은 얼마입니까?
단서. 이상기체 상태 방정식을 사용합니다.

풍선의 양력

풍선(그림 46.6)은 공기 측면에서 풍선에 작용하는 아르키메데스 힘의 절대값이 풍선에 작용하는 총 중력과 풍선에 매달린 하중과 같은 경우에만 공기 중에서 평형 상태에 있을 수 있습니다.

F A \u003d F t.sh + F t.gr. (삼)

풍선의 경우 아르키메데스의 힘은 풍선이 차지하는 부피 중 주변 공기의 무게와 무게가 같다. "주변"이라는 단어를 이탤릭체로 강조한 이유는 상승하는 동안 대기의 밀도가 두 가지 이유 때문에 변하기 때문입니다. 첫째, 압력이 감소하고, 둘째, 온도가 감소합니다.

공의 부피를 V로 표시합니다. 공의 부피와 공의 껍질의 부피는 일반적으로 공 자체의 부피에 비해 무시되지만, 하중의 질량과 공의 껍질의 질량은 매우 중요합니다! 우리는 화물의 질량 m gr과 껍질의 질량 - m vol을 나타냅니다. 그 다음에

F t.sh \u003d (m int + m 약) g,

여기서 m ext는 공이 채워지는 가스의 질량입니다.

공을 둘러싼 공기의 밀도를 ρ ext로 표시하고, 공 내부의 가스 밀도를 ρ ext로 표시하겠습니다.

21. 다음 방정식이 참인 이유를 설명하십시오.

FA = ​ρ ext gV,
m int = ρ int V,
V(ρ 내선 - ρ 내선) = m gr + m 권. (4)

단서. 방정식 (3)과 질량, 부피 및 밀도 간의 관계를 사용하십시오.

풍선의 지하력은 이 풍선이 들어올릴 수 있는 하중의 무게입니다.

22. 풍선의 양력 계수가 다음 공식으로 표현되는 이유를 설명하십시오.

F sub \u003d Vg (ρ 외부 - ρ 내부) - m 약 g. (5)

공식 (4)와 (5)에 따르면 풍선에 채워진 가스의 밀도가 주변 공기의 밀도보다 작은 경우에만 풍선이 하중을 들어 올릴 수 있습니다.

풍선이 단단하다면 공기를 부분적으로 수축시켜 이를 달성할 수 있습니다. 단단한 껍질은 풍선 내부와 외부의 기압 차이를 견딜 수 있습니다. 그러나 단단한 공의 껍질은 너무 무거울 것입니다. 항상 풍선에 사용되는 부드러운 껍질은 큰 압력 차이를 견딜 수 없습니다. 따라서 구 내부의 가스 압력은 주변 공기의 압력과 같습니다.

23. 공 내부의 압력이 주변 공기의 압력과 같으면 왜 공의 평등이 발생하는지 설명하십시오.

ρ int / ρ ext = (M int * T ext) / (M ext * T int). (6)

단서. 이상기체 상태 방정식을 사용합니다.

풍선이 채워지는 가스의 밀도는 두 가지 방법으로 주변 공기의 밀도보다 작아질 수 있다는 것을 공식(6)에서 볼 수 있습니다.
- 가열된 공기를 "내부" 가스로 사용합니다.
– 더 낮은 몰질량의 가스를 사용하십시오.

첫 번째 방법은 즐거움 풍선 (그림 46.6)에 사용되며 두 번째 방법은 큰 높이로 올라가는 기상 탐사선 (그림 46.7)에 사용됩니다 (이 경우 풍선은 일반적으로 헬륨으로 채워져 있습니다).

24. 풍선 양력 계수가 공식 (5)와 (6)에서 다음 공식으로 표현되는 이유를 설명하십시오.

? 25. 부피가 3000m 3인 풍선의 아래쪽 부분에는 풍선 내부의 공기가 버너에 의해 77ºC의 온도로 가열되는 구멍이 있습니다. 공은 주위 온도가 7℃이고 밀도가 1.2kg/m 3 인 높이에서 평형 상태에 있습니다. 공 껍질의 질량은 300kg입니다. 짐의 무게는 얼마입니까?

추가 질문 및 작업

26. 공기는 호수 바닥에 있는 수심 90m의 폰툰으로 펌핑됩니다(그림 46.8). 원자를 사용하면 물이 하단에 있는 구멍을 통해 폰툰 밖으로 밀려 나옵니다. 하중이 있는 폰툰의 총 질량이 20톤이고 하중과 폰툰 벽의 총 부피가 5m 3인 경우 폰툰이 하중을 들어 올릴 수 있도록 폰툰에 공급해야 하는 대기의 양은 얼마입니까? ? 수온이 0°C에 가깝고 대기압이 10 5 Pa라고 가정합니다.

27. 밀봉된 U자형 튜브의 팔꿈치에는 30cm 높이의 공기 기둥이 있으며 양쪽 무릎의 수은은 같은 높이에 있습니다. 수은을 천천히 꼭대기에 추가하면 공기 기둥의 높이는 얼마입니까? 압력은 정상 대기압과 같습니다.

28. 헬륨으로 채워진 풍선이 공기 중에서 평형 상태에 있습니다. 풍선 껍질 1제곱미터의 질량은 50g이고, 공기와 헬륨의 온도는 27℃이며, 압력은 정상 대기압과 같습니다. 구의 반경은 얼마입니까?

소비된 호흡 혼합물의 유량을 나타내는 용어:

RMV - 분당 호흡량 - 분당 호흡량;

SAC - 지표면 공기 소비량 - 지표면 공기 소비량.

각 다이버는 왜 자신의 호흡 혼합물(공기, 나이트록스, 트라이믹스 - 이하 단순화를 위해 가스) 소비량을 알아야 합니까? 이 질문에 대한 대답은 매우 간단합니다. 다이빙을 올바르게 계획하고 다이빙 중에 가스가 갑자기 고갈되는 상황을 피하기 위해서입니다. 이를 위해 무엇이 필요합니까? 가스 소모량을 측정하는 과정은 매우 간단하지만 다이빙 중에 충족해야 할 몇 가지 조건이 필요합니다. 먼저 다양한 항해 조건(수심, 해류, 속도 등)에 따른 가스 소비량이 다르다는 점을 이해해야 합니다. 신체에 가해지는 신체적 부하가 클수록 더 많은 CO2가 방출되고 더 많이 호흡합니다. 따라서 다음과 같은 몇 가지 측정을 수행해야 합니다.

• 낮은 부하(흐름에 따른 표류, 느린 움직임);
• 평균 부하(전류 없이 평균 속도로 수영)
• 큰 짐(물류에 맞서 수영하거나 빠른 속도로 수영).

이 모든 경우에 우리는 가스 섭취량을 측정해야 합니다. 우리는 미리 계획된 깊이로 다이빙하고 이를 최대한 엄격하게 준수하려고 노력하면서 시간, 실린더의 압력, 깊이 등의 지표를 기록합니다. 측정 정확도를 위해 각 측정에 총 가스 공급량의 절반을 사용하는 것이 바람직합니다. 저것들. 세 가지 측정은 모두 3번의 다이빙으로 이루어질 수 있습니다. 전체 측정 시간 동안 우리는 3~10분 간격으로 장비의 판독값을 기록해야 합니다(다이빙 조건에 따라 다름). 결과적으로 다음과 같은 표를 얻게 됩니다.

• T - 현재 다이빙 시간(분)
• P는 실린더의 압력, bar,
• D - 현재 수심, 미터.

다음으로 우리는 분당 소비하는 공기의 양을 막대로 표시하여 계산해야 합니다. T 총 = (28-3) = 25분 P 총 = (190-90) = 100 bar 100/25 = 4 bar/min 다음으로 이 값을 리터로 변환해야 합니다. 실린더의 부피(예: 측정을 위해 12l 강철 실린더로 다이빙)와 사용된 막대 수를 알면 리터 단위의 값을 얻을 수 있습니다. 4*12 = 48리터/분 하지만 우리는 수중에서 측정을 했기 때문에 대기압에서 공기를 흡입했습니다. 계획을 위해서는 표면 흐름이 필요합니다. 평균 침수 깊이를 계산합니다. 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 소비량을 깊이에 따른 절대 압력으로 나누면 지표 공기를 얻습니다. 리터 단위의 흐름. RMV = 48 / 2.52 = 19.04리터.

다양한 조건에서 세 가지 측정을 수행하면 향후 다이빙 계획에 성공적으로 사용할 수 있는 세 가지 다른 값을 얻게 됩니다. 우리가 다이빙할 조건과 다이빙 깊이를 알면 이 가스 공급이 얼마나 오래 지속될지 계산하는 것이 어렵지 않을 것입니다. 이를 알면 다이빙 자체를 더 잘 계획할 수 있고 도달하지 못한 목표로 인한 실망을 피할 수 있습니다. 예를 들어, 부피가 12리터이고 압력이 180bar인 공기 탱크가 있습니다. 공기의 총 부피(리터)는 180*12 = 2160리터입니다. 그러나 계획을 세우려면 긴급 상황에 필요할 수 있는 28~35bar의 "불가촉한" 가스 공급 장치를 즉시 폐기해야 합니다. 따라서 (180-35)*12 = 다이빙당 공기 1740리터입니다. 제안된 다이빙의 깊이는 25미터입니다. 다이빙은 조류가 없는 곳에서 진행됩니다. 물에 들어가는 지점과 나가는 지점은 같은 장소에 있습니다. 그러한 다이빙을 하기 위해 무료 가스 공급량의 절반을 전환점까지 소비하고 두 번째는 돌아오는 길에 소비하는 것이 논리적입니다. 소비된 공기의 압력은 25/10+1 = 3.5 atm, 즉 1740/2 = 870 리터입니다. 870 / (19.04 * 3.5) = 12.81분 = 12분 (안전도를 높이기 위해 모두 버림) 따라서 다이빙 대상까지 이동하여 검사하는 데 12분, 돌아오는 데 12분이 주어집니다. 다단계 다이빙을 계산할 때 다이빙을 깊이와 시간에 따라 별도의 세그먼트로 나누어 소비량을 정확하게 계산하는 것도 가능합니다.