Загрузил Тангенциальная Скорость

Вакуумная техника, понятия и задачи

реклама
МАИ
Кафедра ТиЭ
1. Опыт Торричелли
Рассчитать атмосферное давление Ратм. в
ньютонах по ф.:
Ратм. = ρ · g · h = 13600*9.8*0.76= 100000
Н/м2(Па)
где ρ = 13 600 кг/м3 – плотность ртути,
g = 9,8 Н/кг (м/с2) – ускорение свободного падения,
h = 760 мм – высота столба жидкости. Подстановка этих
числовых значений дает:
1. Перечислить области применения вакуума:
a. в различных отраслях промышленности:
Откачка ламп, приборов, в производстве
высокочистых материалов Ti. Nb, Ta, Zr<Be при
р=10-4 – 10-6 мм рт. ст.),
b. в освоении космоса:
С достижением сверхвысокого вакуума в камерах
имитации космического пространства в условиях
земной атмосферы стало возможным изучение
космоса.
c. в авиационно-космической технике:
При вакуумной термической обработке (ТО) и
химико-термической обработке (ХТО), сварке,
пайке, нанесении покрытий.
1
2. Заполнить таблицу 1:
Области давлений в вакуумной технике (ГОСТ 5197-70)
Значения
давлений, Па.
-1
-5
От 100 до10-1 От 10 до 10
Ниже чем
10-5
----- « ------, 760-1
мм рт. ст.
1-10-4
10-4 - 10-8
< 10-8
Наименование Низкий
Средний
Высокий
Сверх
От атмосферного
давления до 100
области
высокий
вакуума.
Длина
l
ср.
свободного
(линейный
пробега
размер вакуумной l ср. ≈ l
молекул
системы)
<<
l
l ср.
2
l ср. > l
l ср. >> l
3. Заполнить недостающие значения единиц давления:
1 мм рт. ст. = 1 торр = 133.3 Па;
р = 760 мм рт. ст. = 105 Па
1 Па = 0,00750062 мм рт. ст.
1 бар = 105 Па
1 ат (техническая атмосфера) = 1 кГс/см 2≈ 750 мм рт. ст.
1 атм (физическая атмосфера) =760 мм рт. ст.
4. Перечислить отличительные особенности идеального газа:
5.1. Молекулы рассматриваются как упругие частицы;
5.2. Силы межмолекулярного
взаимодействия отсутствуют
(присутствуют лишь упругие столкновения между частицами);
5.3. Объѐм, занимаемый молекулами мал по сравнению с объѐмом,
свободным от молекул).
5. Дать определение критической температурой вещества:
температуру, при которой плотности жидкости и ее насыщенного пара
совпадают, называют критической температурой данного вещества.
Описать условия проведения эксперимента, описанного на рис.2,
физический смысл кривых АК и ВК.
Если некоторое количество жидкости поместить в закрытый сосуд, то
часть
жидкости
испарится
и
над
жидкостью
будет находиться
насыщенный пар. Давление, а, следовательно, и плотность этого пара зависят от
температуры. Плотность пара обычно значительно меньше плотности жидкости
при той же температуре. Если повысить температуру, то плотность жидкости
уменьшится, давление же и плотность насыщенного пара возрастёт. Верхняя
часть графика АК показывает изменение плотности жидкости в зависимости от
ее температуры. При повышении температуры плотность жидкости
уменьшается. Нижняя часть графика ВК показывает зависимость плотности
насыщенного пара от температуры.
3
Рисунок №2. Зависимость плотности воды и
её насыщенного пара от температуры
6. Газовые законы. Элементы кинетической теории газов.
Описать
физический
смысл основного
уравнения
молекулярно-
кинетической теории газов и параметры: давление численно равно двум
третям кинетической энергии молекул, содержащейся в единице объёма газа.
N – количество молекул газа, m0 – масса молекулы; N1 =N/V – концентрация
молекул в отъѐме V; v кв. – средняя квадратическая скорость теплового
движения молекул; m0 - масса молекулы.
7. Газовые законы:
Закон Бойля-Мариотта:
«При постоянной массе газа (N·m0) и температуре Т,
произведение давления газа Р на его объѐм V есть величина постоянная.»
PV
const
Закон Авогадро: в равных объёмах различных газов, взятых при одинаковых
4
температурах и давлениях, содержится одно и то же количество молекул.
Моль - единица измерения количества вещества.
Закон Гей-Люссака — закон пропорциональной зависимости объёма газа от
абсолютной температуры при постоянном давлении.
Закон Шарля – один из основных газовых законов, описывающий
соотношение давления и температуры для идеального газа.
8. Молярная масса - характеристика вещества, отношение массы
вещества к его количеству. Численно равна массе одного моля
вещества, то есть массе вещества, содержащего число частиц,
равное числу Авогадро.
9. Решить задачи с использованием таблицы Д.И.Менделеева (из
интернета).
10.1. Молярная масса воды равна:
𝑀𝑟 = 2A(H)+A(О) = 2 + 16 = 18
𝑀𝑟 = 𝑀 ∗
10.2. Определить кол-во
1г
= 18 г/моль
моль
вещества
(ν)
и
5
число молекул,
содержащихся в 1 кг углекислого газа.
𝑀𝑟 = 𝐴(𝐶 ) + 2𝐴(𝑂) = 44
г
𝑀 = 𝑀𝑟 ∗ 1
= 44 г/моль
моль
𝜐=
𝑚
М
=
1000
= 22.72 моль
44
10.3. Вычислить, какое количество вещества карбоната кальция заключается в 40 г
СаСо3 ?
А(Ca)+А(С)+3А(O) = 100 = 𝑀𝑟
г
𝑀 = 𝑀𝑟 ∗ 1
= 100 г/моль
моль
𝜐=
10.4. Относительная
𝑚
М
=
40
100
атомная
= 0.4 моль
масса серебра
Определить массу 1 атома серебра в г.
𝑚 = М/𝑁𝐴
𝑚=
108
6.02∗1023
= 1.79 ∗ 10−22 г
6
равна 108.
10. Сформулировать закон Дальтона: Полное давление смеси
химически не взаимодействующих газов равно сумме парциальных
давлений отдельных газов.
11.
Записать уравнение состояния идеальных газов.
PV=kTN
12. Записать уравнение Менделеева – Клапейрона:
P ·V= ν·R·T,
13. Задачи с использованием уравнения Менделеева – Клапейрона:
14.1. В камере объемом V= 2 м3 находится m=0,05 кг воздуха
при температуре T=300 К. Каково давление в камере?
𝑃𝑉 =
𝑃=
𝑚
𝑅𝑇
µ
0.05 ∗ 8.31 ∗ 300
= 2149 Па
2 ∗ 29 ∗ 10−3
14.2. Какова концентрация молекул воздуха при давлении р=760 мм рт. ст. и
температуре T=293 К.
𝑝 = 𝑛𝑘𝑇
𝑝
105
1
22
𝑛=
=
=
2415
∗
10
𝑘𝑇 1.38 ∗ 10−23 ∗ 300
м3
Записать уравнение состояния реальных газов:
14. Закон распределения молекул газа по скоростям.
Записать формулы для расчѐта:
16.1. Наиболее вероятной скорость теплового движения молекулы
(Максвеллa) м/с.
16.2. Средней арифметической скорости молекулы газа (м/с)
16.3. Средней квадратичной скорости молекул газа.
16. Решить задачи.
16.1. Какова средняя арифметическая скорость молекул азота при
температуре T=300 К.
8𝑅0 𝑇
8 ∗ 8.31 ∗ 300
𝑈𝐴 = √
=√
= 476 м/с
пМ
3.14 ∗ 28 ∗ 10−3
16.2. Какова средняя арифметическая скорость молекул водорода при
температуре T=100 К.
8𝑅0 𝑇
8 ∗ 8.31 ∗ 100
𝑈𝐴 = √
=√
= 1010 м/с
пМ
3.14 ∗ 4 ∗ 10−3
Студент: Лупандин С.В.
Преподаватель: Хопин П.Н.
Скачать