Kaip apskaičiuoti dujų baliono svorį

Priklausomai nuo jūsų darbo ar kitų gyvenimo būdo aspektų, galite kartais ar reguliariai dirbti su slėginiais balionais, kuriuose yra vienos ar daugiau rūšių dujų. „Dujos“ šiame kontekste nėra trumpinys „benzinas“, bet reiškia bet kokią dujinę medžiagą, skirtingai nuo kietos ar skystos būsenos. Vienas populiariausių pavyzdžių yra angliavandenilių kuro propanas.

Kartais gali tekti rasti baliono viduje esančių dujų svorį. Vienas neapdorotų būdų tai padaryti būtų pasverti balioną, kuriame yra atitinkamos dujos, išpylinėti visas dujas ir vėl pasverti cilindrą; reikšmių skirtumas būtų dujų masė, darant prielaidą, kad oras negali tekėti į talpyklą ir pridėti masę, kuri išmeta apskaičiavimą. Tačiau tai būtų akivaizdus cheminių išteklių švaistymas.

Ar yra geresnis būdas? Iš tiesų, ir jūs mokotės šiek tiek fizikos ir chemijos.

Suslėgtų dujų laikymas cilindruose ir kitose talpyklose yra paprastas: tai leidžia daugiau medžiagos transportuoti ir laikyti mažesniame fiziniame tūris nei būtų reikalinga, jei atitinkamoms dujoms būtų leidžiama natūraliai pasiskirstyti, kaip ir dujų molekulėms ir kitoms dalelėms, sudarančioms orą aplink atmosferą. tu.

Deja, tai reiškia kompromisą: suslėgiant dujas (tai yra sumažinant jų tūrį), reikia a proporcingas slėgio padidėjimas, darant prielaidą, kad laikomasi visų kitų kintamųjų, tokių kaip temperatūra pastovus. Tai bus toliau nagrinėjama vėlesniame skyriuje.

Todėl dujų balionų vidinis slėgis yra didesnis nei atmosferos slėgis, kuris Žemės paviršiuje yra 14,7 svaro už kvadratinį colį (psi). Jose esančių medžiagų virimo temperatūra turi būti žemesnė nei 20 laipsnių Celsijaus (68 laipsniai pagal Celsijų). kad jos būtų laikomos dujomis, nes kitaip jos liktų kietosios medžiagos, viršijančios "kambario temperatūrą" arba taip.

Idealus dujų įstatymas teigia, kad:

PV = nRT

kur P yra spaudimas, V yra tūris, n yra esančių dujų molių skaičius, R yra pastovus ir T yra temperatūra Kelvine (K). Esant situacijai, kurioje T ir n yra pastovūs, bet P ir V gali pasikeisti, pavyzdžiui, atidarius vožtuvą dujų turinčiame balione, tai reiškia, kad P ir V yra pastovi viso proceso metu. Simboliais:

P₁V₁ = P₂V₂

Tarkime, kad turite azoto cilindrą, laikomą normalioje temperatūroje (20 C) ir slėgyje (14,7 psi), pažymėtą 29,5 l tūrio ir 2200 psi vidinį slėgį. Koks yra „natūralus“ azoto dujų tūris?

Išleidus dujas, jos pasklistų po visą aplinką ir jų slėgis taptų lygus atmosferos slėgiui. Todėl galite naudoti aukščiau gautą santykį, kur P₁ = 2200 psi, V₁ = 29,5 l ir P.₂ = 14,7 psi, kad rastume V₂:

(2200) (29,5) / (14,7) = V.₂ = 4415 l

Norėdami apskaičiuoti šio dujų tūrio masę, turite žinoti jos tankį normaliomis sąlygomis. Norėdami gauti šios informacijos, ieškokite tokio puslapio, kaip vienas iš šaltinių.

Azotas (N₂) molekulinė masė yra 28,0 g / mol, o tankis - 1,17 kg / m³ = 1,17 g / l 20 ° C temperatūroje. Kadangi tankis yra masė, padalyta iš tūrio, masė lygi tūrio ir tankio dalims; tokiu atveju:

(4 415 l) (1,17 g / l) = 5 165 g = 5,165 kg

• Tai yra apie 11,5 svaro azoto (1 kg = 2,204 svarai).

Ir, kaip matote, atsakymas į klausimą apie cilindro masę yra neigiamas! Jums tereikia šiek tiek praktinių chemijos žinių ir šiek tiek atkaklumo.