Сколько кубометров в 50 литровом баллоне газа: Баллоны с пропаном на 5, 12, 27, 50 л

Есть потребность?
Получите лучшую цену

Факты о гелии — Введение

Извлечение и сжижение гелия

На рисунке показано изменение объема гелия при различных давлениях и температурах в типичном баллоне для хранения газа объемом 50 литров, газовом мешке объемом 10 м³ (равно 10.000 литров) и транспортный дьюар объемом 100 литров, в который заправлено всего 12,5 литров жидкого гелия.

Что делает гелий таким уникальным?

• Редкий на Земле, но второй по распространенности элемент во Вселенной после водорода
• Образуется в земной коре в результате радиоактивного распада He2 +
• Наибольшие количества можно найти в природном газе (от 0,3 до 2,7%)
• Существуют два стабильных изотопа: 4He и 3He
• Назван в честь Гелиоса, греческого бога солнца

Применение гелия

• Гелий-кислородные смеси (80:20) в медицине
• Газ для профессиональных водолазов («Тримикс», «Гелиокс»)
• Пищевая промышленность (E939)
• Гелиевые шары
• Сварка
• Инертный (защитный) газ
• Газ-носитель для газовой хроматографии
• Проверка герметичности
• Лазеры (He-Ne-лазер, He-Cd-лазер)
• Сжатый газ вместо воздуха (Формула 1)
• Криогеника

Расход гелия

Относительные количества гелия, потребленные различными способами в США в 2016 году.График использует данные USGS. Он показывает, что почти 1/3 всего гелия в США использовалась в криогенной форме, например в виде жидкого гелия при температурах охлаждения до 4,2 К и ниже.

Мировое потребление гелия в миллионах кубических метров (источник)

Зачем перерабатывать гелий?

Гелий — самый распространенный элемент в космосе. Однако здесь, на Земле, его можно найти лишь в небольшом количестве в некоторых месторождениях природного газа.

Попав в воздух, он диффундирует в стратосферу и становится недоступным.

Переработка гелия:

Экономия затрат — Текущие затраты на рекуперацию намного меньше, чем при покупке жидкого гелия.

Делает независимо от внешних поставщиков — Гелий всегда доступен на месте.

Помогает контролировать качество — каждая новая партия внешнего гелия может быть загрязнена водородом, что приводит к неисправности криостатов.

Помогает защитить окружающую среду — Сохраняется ограниченный ресурс гелия.

Инструмент компоновки для извлечения гелия

Правильный размер вашей регенерации гелия поможет вам максимизировать эффективность регенерации вашей установки по извлечению жидкого гелия. Этот инструмент даст вам первое представление о том, какое восстановление вам следует рассмотреть с вашими предварительными условиями. Просто введите количество жидкого гелия (LHe) в литрах, которое вы переносите во время максимальной перекачки, чтобы получить максимальную конфигурацию системы восстановления, которая вам нужна. Также укажите потери за перевод в литрах.Обычно они составляют от 20 до 30% от общего перенесенного жидкого гелия.

Перейти к инструменту компоновки восстановления гелия

Для точной оценки вашей ситуации вам также необходимо ввести время, необходимое для заполнения ваших криостатов жидким гелием (время переноса), и количество жидкого гелия, которое вы хотите хранить в виде газа в вашей системе рекуперации. Указанный результат будет предложенным количеством баллонов с гелием объемом 1000 литров, находящихся под давлением до 5 бар. При значении выше 5 мы предлагаем использовать систему восстановления высокого давления (HPR), поскольку площадь основания соответствующей системы восстановления среднего давления (MPR) будет намного больше.Если это нежелательно, мы предлагаем пересмотреть количество хранимого жидкого гелия как газа.

Если потеря газообразного гелия обозначена как отрицательное значение, то ее можно рассматривать как истинную потерю. Положительное значение означает, что поток газообразного гелия может быть собран, если количество газовых баллонов равно или превышает рассчитанное количество.

Для регенерации высокого давления рассчитанные значения представляют собой размер газового мешка в кубических метрах и количество газовых баллонов объемом 50 литров (давление 200 бар).
Предполагается, что все расчеты помогут понять, какое решение для восстановления лучше всего соответствует вашим требованиям. Пожалуйста, свяжитесь с нами для получения дополнительной информации и полной настройки конфигурации.

Как перерабатывается гелий?

Типичная малогабаритная установка по извлечению и сжижению гелия работает со следующими этапами обработки:

Коллекция

Газообразный гелий собран из прибора. Обдумайте тип используемого комплекта для восстановления и способы защиты оборудования от воздействия раствора для восстановления.

Хранилище

Прямое восстановление
Без хранения — один инструмент

Среднее давление
Гелий хранится в стальных резервуарах под давлением 5 бар.

Высокое давление
Гелий накапливается в баллоне и хранится в стальных баллонах под давлением 200 бар.

Очистка

Inline
Очистители, такие как осушители и геттеры

Ловушка для жидкого азота
Адсорбция на угле при 77 К

Криогенный очиститель
Работает при 10-25 К — автоматизированное решение

Сжижение

Компактный переносной ожижитель с криокулером Gifford-McMahon.
Производит 10-30 литров жидкого гелия в сутки.

Конфигурации хранилища

Прямое восстановление

Базовая конфигурация

A — ожижитель лабораторного размера
B — гелиевый компрессор
C — регулятор давления рекуперации
D — блок питания
X — криогенный прибор

Pro:

• Простота установки и использования
• Минимум необходимого места
• Дешевле
• Возможность модернизации до MP или H

Contra:

• Ограниченная степень извлечения (70-80%) из-за потерь при переносе

Восстановление среднего давления

Восстановление с использованием стальных резервуаров для хранения гелия (8-10бар)

A — ожижитель лабораторного размера
B — гелиевый компрессор
C — бустерная ступица с буферным баком
D — очиститель
E — резервуары для хранения
F — регулятор давления рекуперации
X — криогенный прибор

Pro:

• Идеально для одного или двух инструментов
• Высокая эффективность (> 95%)

Contra:

Восстановление высокого давления

Восстановление с баллонами для хранения гелия (200 бар)

A — ожижитель лабораторного размера
B, D — гелиевые компрессоры
C — криогенный очиститель
E — газовый мешок с контроллером
F — компрессор высокого давления
G — связка баллонов-накопителей
H — регулятор давления рекуперации
X — криогенный прибор (s)

Pro:

• Универсальный, настраиваемый и масштабируемый
• Подходит для любого типа потребителей гелия
• Очень высокий КПД (> 98%)

Contra:

• Сравнительно более высокие затраты
• Требуется много места (для гелиевого шара)

Полезные ссылки

Документ Gasworld: глобальный гелиевый саммит 2.0

Подробная информация о дефиците гелия

Закон об идеальном газе | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Сформулируйте закон идеального газа, используя молекулы и моль.
• Используйте закон идеального газа для расчета изменения давления, температуры, объема или количества молекул или молей в заданном объеме.
• Используйте число Авогадро для преобразования числа молекул в число молей.

Рис. 1. Воздух внутри воздушного шара, летящего над Путраджайей, Малайзия, горячее окружающего воздуха. В результате воздушный шар испытывает подъемную силу, толкающую его вверх. (Источник: Кевин По, Flickr)

В этом разделе мы продолжаем исследовать термическое поведение газов. В частности, мы исследуем характеристики атомов и молекул, из которых состоят газы. (Большинство газов, например азот, N ₂ , и кислород, O ₂ , состоят из двух или более атомов.Мы в первую очередь будем использовать термин «молекула» при обсуждении газа, потому что этот термин также может быть применен к одноатомным газам, таким как гелий.)

Газы легко сжимаются. Мы можем увидеть доказательства этого в Таблице 1 в Термическом расширении твердых тел и жидкостей, где вы заметите, что газы имеют наибольших коэффициентов объемного расширения. Большие коэффициенты означают, что газы расширяются и сжимаются очень быстро при изменении температуры. Кроме того, вы заметите, что большинство газов расширяются с той же скоростью или имеют ту же β .Это поднимает вопрос о том, почему все газы должны действовать почти одинаково, когда жидкости и твердые тела имеют сильно различающиеся скорости расширения.

Ответ заключается в большом разделении атомов и молекул в газах по сравнению с их размерами, как показано на рисунке 2. Поскольку атомы и молекулы имеют большие расстояния, силы между ними можно игнорировать, за исключением случаев, когда они сталкиваются друг с другом во время столкновений. . Движение атомов и молекул (при температурах значительно выше температуры кипения) происходит быстро, так что газ занимает весь доступный объем, и газы расширяются быстро.Напротив, в жидкостях и твердых телах атомы и молекулы расположены ближе друг к другу и весьма чувствительны к силам между ними.

Рис. 2. Как показано, атомы и молекулы в газе обычно широко разделены. Поскольку силы между ними на этих расстояниях довольно малы, свойства газа больше зависят от количества атомов в единице объема и от температуры, чем от типа атома.

Чтобы получить некоторое представление о том, как давление, температура и объем газа связаны друг с другом, подумайте, что происходит, когда вы закачиваете воздух в изначально спущенную шину.Сначала объем шины увеличивается прямо пропорционально количеству впрыскиваемого воздуха без значительного увеличения давления в шине. Как только шина расширилась почти до своего полного размера, стенки ограничивают объемное расширение. Если продолжать закачивать в него воздух, давление возрастает. Давление будет еще больше увеличиваться, когда автомобиль движется, а шины двигаются. Большинство производителей указывают оптимальное давление в шинах для холодных шин. (См. Рисунок 3.)

Рис. 3. (a) Когда воздух закачивается в спущенную шину, его объем сначала увеличивается без значительного увеличения давления.(b) Когда шина заполнена до определенной точки, стенки шины сопротивляются дальнейшему расширению, и давление увеличивается с увеличением количества воздуха. (c) Когда шина накачана, ее давление увеличивается с температурой.

При комнатной температуре столкновениями между атомами и молекулами можно пренебречь. В этом случае газ называется идеальным газом, и в этом случае соотношение между давлением, объемом и температурой задается уравнением состояния, называемым законом идеального газа.

Закон об идеальном газе

Закон идеального газа гласит, что PV = NkT , где P — абсолютное давление газа, V — объем, который он занимает, N — количество атомов и молекул в газа, а T — его абсолютная температура.Константа k называется постоянной Больцмана в честь австрийского физика Людвига Больцмана (1844–1906) и имеет значение k = 1,38 × 10 ⁻²³ Дж / К.

Закон идеального газа может быть выведен из основных принципов, но первоначально он был выведен из экспериментальных измерений закона Чарльза (объем, занимаемый газом, пропорционален температуре при фиксированном давлении) и закона Бойля (для фиксированной температуры, произведение PV является константой).В модели идеального газа объем, занимаемый его атомами и молекулами, составляет ничтожную долю от V . Закон идеального газа описывает поведение реальных газов в большинстве условий. (Обратите внимание, например, что N — это общее количество атомов и молекул, независимо от типа газа.)

Давайте посмотрим, как закон идеального газа согласуется с поведением заполнения шины, когда она накачивается медленно и температура постоянна. Сначала давление P по существу равно атмосферному давлению, а объем V увеличивается прямо пропорционально количеству атомов и молекул N , помещенных в шину.Как только объем шины остается постоянным, уравнение PV = NkT предсказывает, что давление должно увеличиваться пропорционально числу N атомов и молекул.

Пример 1. Расчет изменений давления из-за изменений температуры: давление в шинах

Предположим, шина вашего велосипеда полностью накачана, с абсолютным давлением 7,00 × 10 ⁵ Па (манометрическое давление чуть менее 90,0 фунтов / дюйм ² ) при температуре 18,0 ° C.Какое давление будет после повышения температуры до 35,0ºC? Предположим, что нет заметных утечек или изменений объема.

Стратегия

Давление в шине меняется только из-за изменения температуры. Сначала нам нужно определить, что мы знаем и что мы хотим знать, а затем определить уравнение, которое нужно решить для неизвестного.

Известно начальное давление P ₀ = 7,00 × 10 ⁵ Па, начальная температура T ₀ = 18.0ºC, а конечная температура T _f = 35,0ºC. Мы должны найти конечное давление P _f . Как мы можем использовать уравнение PV = NkT ? На первый взгляд может показаться, что информации недостаточно, потому что объем V и количество атомов N не указаны. Что мы можем сделать, так это использовать уравнение дважды: P ₀ V ₀ = NkT ₀ и P _f V _f = NkT _f .Если мы разделим P _f V _f на P ₀ V ₀ , мы можем придумать уравнение, которое позволяет нам решить для P _f .

[латекс] \ displaystyle \ frac {P _ {\ text {f}} V _ {\ text {f}}} {P_0V_0} = \ frac {N _ {\ text {f}} kT _ {\ text {f}}} {N_0kT_0} \\ [/ latex]

Поскольку громкость постоянна, V _f и V ₀ одинаковы, и они уравновешиваются. То же самое верно для N _f и N ₀ и k , что является константой.Следовательно,

[латекс] \ displaystyle \ frac {P _ {\ text {f}}} {P_0} = \ frac {T _ {\ text {f}}} {T_0} \\ [/ latex]

Затем мы можем изменить это, чтобы решить для P _f : [latex] P _ {\ text {f}} = P_0 \ frac {T _ {\ text {f}}} {T_0} \\ [/ latex] , Где температура должна быть в единицах кельвина, потому что T ₀ и T _f являются абсолютными температурами.

Решение

Преобразование температуры из Цельсия в Кельвин:

T ₀ = (18.5 \ text {Pa} \\ [/ latex]

Обсуждение

Конечная температура примерно на 6% выше исходной температуры, поэтому конечное давление также примерно на 6% больше. Обратите внимание, что в законе идеального газа должны использоваться абсолютное давление и абсолютная температура .

Подключение: домашний эксперимент — охлаждение воздушного шара

Надуйте баллон при комнатной температуре. Оставьте надутый баллон в холодильнике на ночь.Что происходит с воздушным шаром и почему?

Пример 2. Расчет количества молекул в кубическом метре газа

Сколько молекул содержится в типичном объекте, таком как газ в шине или вода в напитке? Мы можем использовать закон идеального газа, чтобы дать нам представление о том, насколько велик обычно N .

Вычислите количество молекул в кубическом метре газа при стандартной температуре и давлении (STP), которые определены равными 0ºC и атмосферному давлению.

Стратегия

Поскольку давление, объем и температура указаны, мы можем использовать закон идеального газа PV = NkT , чтобы найти N .{25} \ text {молекулы} \\ [/ latex]

Обсуждение

Это число, несомненно, велико, учитывая, что газ — это в основном пустое пространство. N огромен даже в небольших объемах. Например, 1 см ³ газа в STP содержит 2,68 × 10 ¹⁹ молекул. Еще раз отметим, что N одинаков для всех типов или смесей газов.

Родинки и число Авогадро

Иногда при измерении количества вещества удобно работать с единицей, отличной от молекул. моль (сокращенно моль) определяется как количество вещества, которое содержит столько атомов или молекул, сколько атомов имеется ровно в 12 граммах (0,012 кг) углерода-12. Фактическое количество атомов или молекул в одном моле называется числом Авогадро ( N _A ), по признанию итальянского ученого Амедео Авогадро (1776–1856). Он разработал концепцию мола, основываясь на гипотезе о том, что равные объемы газа при одинаковом давлении и температуре содержат равное количество молекул.То есть количество не зависит от типа газа. Эта гипотеза подтвердилась, и значение числа Авогадро составляет N _A = 6,02 × 10 ²³ моль ^-1 .

Число Авогадро

Один моль всегда содержит 6,02 × 10 ²³ частиц (атомов или молекул), независимо от элемента или вещества. Моль любого вещества имеет массу в граммах, равную его молекулярной массе, которую можно вычислить из атомных масс, указанных в периодической таблице элементов.

N _A = 6,02 × 10 ²³ моль ⁻¹

Рис. 4. Насколько велика родинка? На макроскопическом уровне один моль мячей для настольного тенниса покроет Землю на глубину около 40 км.

Проверьте свое понимание

Активным ингредиентом таблетки Тайленола является 325 мг ацетаминофена (C ₈ H ₉ NO ₂ ). Найдите количество активных молекул парацетамола в одной таблетке.

Решение

Сначала нам нужно вычислить молярную массу (массу одного моля) ацетаминофена.{-3} \ text {moles} \\ [/ latex]

Затем используйте число Авогадро, чтобы вычислить количество молекул.

N = (2,15 × 10 ⁻³ моль) (6,02 × 10 ²³ молекул / моль) = 1,30 × 10 ²¹ молекул

Пример 3. Расчет молей на кубический метр и литров на моль

Вычислите следующее:

1. Количество молей в 1,00 м ³ газа на СТП
2. Количество литров газа на моль.3} = 22,5 \ text {л / моль} \\ [/ latex]

Обсуждение

Это значение очень близко к принятому значению 22,4 л / моль. Небольшая разница связана с ошибками округления, вызванными использованием трехзначного ввода. Опять же, это число одинаково для всех газов. Другими словами, он не зависит от газа.

(средняя) молярная масса воздуха (приблизительно 80% N ₂ и 20% O ₂ составляет M = 28,8 г. Таким образом, масса одного кубического метра воздуха равна 1,28 кг.Если гостиная имеет размеры 5 м × 5 м × 3 м, масса воздуха внутри комнаты составляет 96 кг, что является типичной массой человека.

Проверьте свое понимание

Плотность воздуха при стандартных условиях ( P = 1 атм и T = 20ºC) составляет 1,28 кг / м ³ . При каком давлении будет плотность 0,64 кг / м ³ , если температура и количество молекул остаются постоянными?

Решение

Лучший способ подойти к этому вопросу — подумать о том, что происходит.Если плотность упадет до половины от исходного значения и никакие молекулы не потеряны, объем должен удвоиться. Если мы посмотрим на уравнение PV = NkT , мы увидим, что при постоянной температуре давление обратно пропорционально объему. Следовательно, если объем увеличится вдвое, давление должно упасть до половины своего первоначального значения, и P _f = 0,50 атм.

Пересмотр закона об идеальном газе с использованием молей

Очень распространенное выражение закона идеального газа использует количество молей, n , а не количество атомов и молекул, N .Начнем с закона идеального газа, PV = NkT , умножим и разделим уравнение на число Авогадро N _A . Это дает [latex] PV = \ frac {N} {N _ {\ text {A}}} N _ {\ text {A}} kT \\ [/ latex].

Обратите внимание, что [латекс] n = \ frac {N} {N _ {\ text {A}}} \\ [/ latex] — это количество молей. Мы определяем универсальную газовую постоянную R = N _A k и получаем закон идеального газа в молях.

Закон идеального газа (в молях)

Закон идеального газа (в молях): PV = nRT .

Числовое значение R в единицах СИ составляет R = N _A k = (6,02 × 10 ²³ моль ⁻¹ ) (1,38 × 10 ⁻²³ Дж / К ) = 8,31 Дж / моль · К.

В прочих единицах,

R = 1,99 кал / моль · K

R = 0,0821 л · атм / моль · K

Вы можете использовать любое значение R , наиболее подходящее для конкретной задачи.

Пример 4. Расчет количества молей: газ в шине велосипеда

Сколько молей газа в велосипедной шине объемом 2.00 × 10 ⁻³ м ³ (2,00 л), давление 7,00 × 10 ⁵ Па (манометрическое давление чуть менее 90,0 фунтов / дюйм ² ) и при температуре 18,0 ° C?

Стратегия

Определите известные и неизвестные и выберите уравнение для решения неизвестного. В этом случае мы решаем закон идеального газа, PV = nRT , для числа молей n .

Решение

Определите известных:

[латекс] \ begin {array} {lll} P & = & 7.3 \ right)} {\ left (8.31 \ text {J / mol} \ cdot \ text {K} \ right) \ left (291 \ text {K} \ right)} \\\ text {} & = & 0. 579 \ text {mol} \ end {array} \\ [/ latex]

Обсуждение

Наиболее удобный выбор для R в этом случае — 8,31 Дж / моль · К, потому что наши известные количества выражены в единицах СИ. Давление и температура получены из начальных условий в Примере 1, но мы получили бы тот же ответ, если бы использовали окончательные значения.

Закон идеального газа можно рассматривать как еще одно проявление закона сохранения энергии (см. Сохранение энергии).Работа, выполняемая с газом, приводит к увеличению его энергии, увеличению давления и / или температуры или уменьшению объема. Эта повышенная энергия также может рассматриваться как увеличенная внутренняя кинетическая энергия, учитывая атомы и молекулы газа.

Закон идеального газа и энергия

Давайте теперь исследуем роль энергии в поведении газов. Когда вы накачиваете велосипедную шину вручную, вы выполняете работу, многократно прилагая силу на расстоянии. Эта энергия идет на повышение давления воздуха внутри шины и повышение температуры насоса и воздуха.

Закон идеального газа тесно связан с энергией: единицы измерения с обеих сторон — джоули. Правая часть закона идеального газа в PV = NkT равна NkT . Этот термин примерно соответствует количеству поступательной кинетической энергии N атомов или молекул при абсолютной температуре T , как мы формально увидим в «Кинетической теории: атомное и молекулярное объяснение давления и температуры». Левая часть закона идеального газа — это PV , который также имеет единицы измерения в джоулях.Из нашего исследования жидкостей мы знаем, что давление — это один из видов потенциальной энергии на единицу объема, поэтому давление, умноженное на объем, является энергией. Важным моментом является то, что в газе есть энергия, связанная как с его давлением, так и с его объемом. Энергия может быть изменена, когда газ выполняет работу по мере расширения — это мы исследуем в разделе «Методы тепло- и теплопередачи» — аналогично тому, что происходит в бензиновых или паровых двигателях и турбинах.

Стратегия решения проблем: закон об идеальном газе

Шаг 1. Изучите ситуацию, чтобы определить, что это идеальный газ. Большинство газов почти идеальны.

Шаг 2. Составьте список того, какие количества указаны или могут быть выведены из проблемы, как указано (определить известные количества). Преобразуйте известные значения в соответствующие единицы СИ (K для температуры, Па для давления, m ³ для объема, молекул для N и молей для n ).

Шаг 3. Определите, что именно необходимо определить в проблеме (определите неизвестные количества).Письменный список полезен.

Шаг 4. Определите, известно ли количество молекул или количество молей, чтобы решить, какую форму закона идеального газа использовать. Первая форма — PV = NkT и включает N , количество атомов или молекул. Вторая форма — PV = nRT и включает n , количество молей.

Шаг 5. Решите закон идеального газа для количества, которое необходимо определить (неизвестное количество).Вам может потребоваться взять отношение конечных состояний к начальным состояниям, чтобы исключить неизвестные количества, которые остаются фиксированными.

Шаг 6. Подставьте известные величины вместе с их единицами измерения в соответствующее уравнение и получите численные решения с указанием единиц. Обязательно используйте абсолютную температуру и абсолютное давление.

Шаг 7. Проверьте ответ, чтобы узнать, разумен ли он: имеет ли он смысл?

Проверьте свое понимание

Жидкости и твердые вещества имеют плотность примерно в 1000 раз больше, чем газы.Объясните, как это означает, что расстояния между атомами и молекулами в газах примерно в 10 раз больше, чем размер их атомов и молекул.

Решение

Атомы и молекулы в твердых телах и жидкостях расположены близко друг к другу. В газах они разделены пустым пространством. Таким образом, газы имеют меньшую плотность, чем жидкости и твердые тела. Плотность — это масса на единицу объема, а объем связан с размером тела (например, сферы) в кубе. Таким образом, если расстояние между атомами и молекулами увеличивается в 10 раз, то занимаемый объем увеличивается в 1000 раз, а плотность уменьшается в 1000 раз.

Сводка раздела

• Закон идеального газа связывает давление и объем газа с количеством молекул газа и температурой газа.
• Закон идеального газа можно записать через количество молекул газа: PV = NkT , где P — давление, V — объем, T — температура, N — число. молекул, k — постоянная Больцмана k = 1,38 × 10 ^–23 Дж / K.
• Моль — это количество атомов в образце углерода-12 массой 12 г.
• Число молекул в молье называется числом Авогадро NA , NA = 6,02 × 10 ²³ моль ^-1 .
• Моль любого вещества имеет массу в граммах, равную его молекулярной массе, которая может быть определена из периодической таблицы элементов.
• Закон идеального газа также может быть записан и решен в терминах количества молей газа: PV = nRT , где n — количество молей, а R — универсальная газовая постоянная, R = 8 .31 Дж / моль ⋅ К.
• Закон идеального газа обычно действует при температурах, значительно превышающих температуру кипения.

Концептуальные вопросы

Узнайте человеческое население Земли. Есть ли на Земле крот людей? Если средняя масса человека 60 кг, рассчитайте массу родинки людей. Как соотносится масса крота людей с массой Земли?

При каких обстоятельствах вы ожидаете, что газ будет вести себя значительно иначе, чем предсказывает закон идеального газа?

Газовый термометр постоянного объема содержит фиксированное количество газа.Какое свойство газа измеряется, чтобы указать его температуру?

Задачи и упражнения

1. Манометрическое давление в шинах вашего автомобиля составляет 2,50 × 10 ⁵ Н / м ² при температуре 35,0ºC, когда вы едете на пароме на Аляску. Какое у них манометрическое давление позже, когда их температура упадет до –40,0ºC?
2. Преобразование абсолютного давления 7,00 × 10 ⁵ Н / м ² в манометрическое давление в фунтах / дюйм ² .(Это значение было заявлено чуть меньше 90,0 фунтов / дюйм ² в Примере 4. Это так?)
3. Предположим, что газовая лампа накаливания изготовлена ​​таким образом, что газ внутри лампы находится под атмосферным давлением, когда температура лампы составляет 20,0 ° C. (a) Найдите манометрическое давление внутри такой колбы, когда она горячая, при условии, что ее средняя температура составляет 60,0ºC (приблизительное значение), и пренебрегая любыми изменениями в объеме из-за теплового расширения или утечки газа. (b) Фактическое конечное давление для лампочки будет меньше, чем рассчитано в части (а), потому что стеклянная колба расширится.Каким будет фактическое конечное давление с учетом этого? Это незначительная разница?
4. Большие шары, наполненные гелием, используются для подъема научного оборудования на большие высоты. а) Каково давление внутри такого воздушного шара, если он начинается на уровне моря с температурой 10,0 ° C и поднимается на высоту, на которой его объем в двадцать раз превышает первоначальный объем, а его температура составляет –50,0 ° C? б) Какое манометрическое давление? (Предположим, что атмосферное давление постоянно.)
5. Подтвердите, что единицами измерения nRT являются единицы энергии для каждого значения R: (a) 8.31 Дж / моль K, (b) 1,99 кал / моль K и (c) 0,0821 л атм / моль ⋅ K.
6. В тексте было показано, что N / V = 2,68 × 10 ²⁵ м ⁻³ для газа на СТП. (a) Покажите, что это количество эквивалентно N / V = 2,68 × 10 ¹⁹ см ⁻³ , как указано. (b) Примерно сколько атомов содержится в одном мкм ³ (кубический микрометр) в STP? (c) Что ваш ответ на часть (b) подразумевает разделение атомов и молекул?
7. Рассчитайте количество родинок в 2.00-литровый объем воздуха в легких обычного человека. Учтите, что температура воздуха 37,0 ° C (температура тела).
8. У пассажира самолета в желудке 100 см. ³ воздуха прямо перед вылетом из аэропорта на уровне моря. Какой объем будет в воздухе на крейсерской высоте, если давление в салоне упадет до 7,50 × 10 ⁴ Н / м ² ?
9. (a) Каков объем (в км ³ ) числа песчинок Авогадро, если каждое зерно представляет собой куб и имеет стороны равные 1.0 мм в длину? (b) Сколько километров протяженностью пляжей это покрыло бы, если бы ширина пляжа в среднем составляла 100 м, а глубина — 10,0 м? Пренебрегайте воздушными промежутками между зернами.
10. Дорогая вакуумная система может достичь давления всего 1,00 × 10 ^–7 Н / м ² при 20ºC. Сколько атомов в кубическом сантиметре при таком давлении и температуре?
11. Плотность атомов газа в определенном месте в космосе над нашей планетой составляет примерно 1,00 × 10 ¹¹ м ⁻³ , а давление равно 2.75 × 10 ^–10 Н / м ² в этом пространстве. Какая там температура?
12. Велосипедная шина имеет давление 7,00 × 10 ⁵ Н / м ² при температуре 18,0 ° C и содержит 2,00 л газа. Каким будет его давление, если вы выпустите воздух объемом 100 см3 при атмосферном давлении? Предположим, что температура и объем шины остаются постоянными.
13. Газовый баллон высокого давления содержит 50,0 л токсичного газа при давлении 1,40 × 10 ⁷ Н / м ² и температуре 25.0ºC. Его клапан протекает после падения баллона. Цилиндр охлаждается до температуры сухого льда (–78,5 ° C), чтобы снизить скорость утечки и давление, чтобы его можно было безопасно отремонтировать. (а) Каково конечное давление в резервуаре, если предположить, что утечка газа при охлаждении незначительна, и что фазового перехода нет? б) Какое будет конечное давление, если одна десятая часть газа улетучится? (c) До какой температуры необходимо охладить резервуар, чтобы снизить давление до 1,00 атм (при условии, что газ не меняет фазу и что во время охлаждения нет утечки)? (d) Является ли охлаждение резервуара практическим решением?
14. Найдите количество родинок в 2.00 л газа при 35,0ºC и давлении 7,41 × 10 ⁷ Н / м ² давления.
15. Вычислите глубину, на которую количество мячей Авогадро для настольного тенниса покроет Землю. Каждый шар имеет диаметр 3,75 см. Предположим, что пространство между шарами добавляет дополнительные 25,0% к их объему, и предположим, что они не раздавлены собственным весом.
16. (a) Каково манометрическое давление в автомобильной шине 25,0 ° C, содержащей 3,60 моль газа в объеме 30,0 л? (b) Каким будет его манометрическое давление, если вы добавите 1.00 л газа первоначально при атмосферном давлении и 25,0ºC? Предположим, что температура возвращается к 25,0 ° C, а объем остается постоянным.
17. (a) В глубоком космосе между галактиками плотность атомов всего лишь 10 ⁶ атомов / м ³ , а температура — холодная 2,7 К. Что такое давление? б) Какой объем (в м ³ ) занимает 1 моль газа? (c) Если этот объем является кубом, какова длина его сторон в километрах?

Глоссарий

закон идеального газа: физический закон, который связывает давление и объем газа с числом молекул газа или числом молей газа и температурой газа

постоянная Больцмана: k , физическая постоянная, которая связывает энергию с температурой; к = 1.38 × 10 ^–23 Дж / К

Номер Авогадро: NA , количество молекул или атомов в одном моль вещества; NA = 6,02 × 10 ²³ частиц / моль

моль: количество вещества, масса которого (в граммах) равна его молекулярной массе

Избранные решения проблем и упражнения

1. {2} \ right) \\ & = & \ text {N} \ cdot \ text {m} = \ text {J} \ конец {массив} \\ [/ латекс]

7.7,86 × 10 ⁻² моль

9. (а) 6.02 × 10 ⁵ км ³ ; (б) 6.02 × 10 ⁸ км

11. -73.9ºC

13. а) 9,14 × 10 ⁶ Н / м ² ; (б) 8,23 × 10 ⁶ Н / м ² ; (в) 2,16 К; (d) Нет. Требуемая конечная температура слишком низкая, чтобы ее можно было легко достичь для большого объекта.

15. 41 км

17. (а) 3,7 × 10 ⁻¹⁷ Па; (б) 6.0 × 10 ¹⁷ м ³ ; (в) 8.4 × 10 ² км

| Liberty Industrial Gases and Welding Supply, Inc.

(Liberty Industrial Gases поставляет полный спектр промышленных газов в баллонах различных размеров для всех ваших потребностей в газе. Возможность подачи чистых газов вместе с индивидуальным смешиванием компонентов газов для удовлетворения всех ваших сварочных потребностей.)

Свойства гелия

Гелий — безвкусный, негорючий, нетоксичный, инертный газ без запаха.Самая маленькая из всех молекул, гелий — второй по лёгкости элементарный газ после водорода.

Гелий постоянно образуется в результате радиоактивного распада урана и других элементов, постепенно проникая в атмосферу. Однако коммерческое извлечение из воздуха нецелесообразно, поскольку концентрация гелия составляет всего около пяти частей на миллиард.

Большая часть мирового гелия поступает из Техаса, Оклахомы, Канзаса и восточного склона Скалистых гор, другие источники включают Ближний Восток и Россию.Praxair производит гелий на своих предприятиях в Буштоне и Улиссе, штат Канзас, и предлагает возможности для распространения по всему миру

Гелий — инертный газ без цвета, запаха и вкуса, не обладающий токсичными свойствами. Член химического семейства инертных газов, он на 1/7 тяжелее воздуха. Жидкий гелий при -452ºF — самый холодный сжиженный газ.

Спецификация G-9.1-1992 ассоциации сжатого газа (CGA), тип I, класс D считается промышленным стандартом газообразного гелия.

(единицы в ppm (об. / Об.), Если не указано иное)

Жидкий гелий типа II при пропускании через 10-микронный абсолютный фильтр при давлении менее 5.2ºK — это чистый гелий, анализ которого не требуется.

Содержание воды в гелии, необходимое для любого конкретного сорта и применения, может варьироваться в зависимости от предполагаемого использования. Если требуется конкретный предел, его следует указать как предельную концентрацию, выраженную в ppm (об. / Об.) Или эквиваленте точки росы. Также обратите внимание, что содержание воды марок 4,5 и выше будет примерно на 10 частей на миллион выше при поставке в стеклянных колбах из пирекса.

Уровни проверки качества применимы только к газообразному гелию.Пределы примесей для жидкого гелия не указаны, поскольку отсутствуют достаточные технические данные и аналитические процедуры, чтобы гарантировать окончательную количественную спецификацию. Требование гарантировать, что загруженная текучая среда в контейнере представляет собой жидкий гелий, может быть удовлетворено путем анализа отходящего газа транспортного контейнера или демонстрации того, что температура загруженной текучей среды ниже тройной точки водорода (13,88К).

Данные преобразования гелия

SCF (стандартный кубический фут) и SM3 (стандартный кубический метр) газа, измеренные при 1 атмосфере и температуре 70 ° F.
Жидкость измерена при 0ºF и давлении насыщения.
Нм3 (нормальный кубический метр) газа при 1 атмосфере и 0ºC.
Все значения округляются до ближайших 4/5 значащих чисел.

Самый лучший блог о воздушных шарах: гелий

METRIC Расчеты:

В приведенной выше таблице показаны 3 размера баллона с указанием кода размера каждого баллона, объема / кубических метров = м3) и бар давления, а также другая информация, такая как вес, высота и диаметр баллона.

Цилиндр размером L = 9 м3 (317 куб. Футов)

Цилиндр размером T = 3,60 м3 (127 куб. Футов)

Цилиндр размером V = 1,81 м3 (63 куб.фут)

Математика никогда не была моей сильной стороной, поэтому я надеюсь, что смогу объяснить это, чтобы вы поняли.

Чтобы определить, сколько гелия содержится в вашем баллоне, вам необходимо произвести следующий расчет.

IMPERIAL Calculations

На этот раз мы работаем с кубическими метрами цилиндра, а не с кубическими метрами.

Итак, давайте посмотрим на преобразование между барным давлением и давлением в фунтах на квадратный дюйм.


1 бар = 14,50 фунтов на квадратный дюйм или фунт / кв. Дюйм
, следовательно, 200 бар = 2900 фунтов на кв. Дюйм