Как изменилось давление в сосуде с газом
Добрый день наш уважаемый читатель. Получая часто вопросы от наших клиентов в 90% процентов из всех случаев, мы даем быстрые, четкие и грамотные ответы нашему собеседнику. Дело в том, что нашего богатого опыта работа отлично хватает чтобы закрыть потребности среднестатистического клиента или спикера.
Развернуто и не очень мы уже отвечали в нашем блоге людям на следующие вопросы:
Поставленная задача
Сейчас перед нами встала следующая задача вот такого содержания: есть сосуд с неизменяемым объемом жидкости внутри него. Предположим, что сосуд состоит из обыкновенного железа, например, возьмем простой накопительный бойлер (V = 50 литров). Начальное давление в системе 2 атмосферы, начальная температура воды Т1 = 17 градусов цельсия, конечная температура после нагрева Т2 = 57 градусов цельсия. Исходные параметры могут быть разные, но конечная задача, на которую нужно получить ответ будет следующая: какое давление будет в закрытом сосуде при нагреве воды до указанной температуры Т2, если учесть, что краны на сосуде (вход и выход) находятся в положении закрыто, и начальный объем не изменяется??? Давление можно снимать (измерять) при помощи встроенного или выносного трубного манометра. Расширительного бака нет. Все для эксперимента.
Остаемся на связи в любой момент! Компания Монтажник работает для Вас!
Закон и формула Шарля
Начав решать эту задачу, каждый может прибегнуть к такому ответу: «да ладно, это же задачка за 7 класс, тут нужно применять формулу известного физика Шарля, Вы что учебник физики не читали?». Далее следует решение:
Формула: (273+t2)/(273+t1)=коэффициент увеличения давления от исходного.
(273+57)/(273+17)=330/290=1.13.
1.13 умножаем на 2 получаем что давление будет равно 2.26 после нагрева жидкости с 17 до 57 на 40 единиц.
Ну дела, вот же решение, зачем страдать дальше? Но нет друзья, это решение конечно же хорошее – но применимо только для изохорных идеальных газов, но не в коем случае не для жидкости, представленной у нас на примере воды.
Едем дальше изучая попутно других известных святил физики, и воуля мы натыкаемся на еще одно решение.
Для расчетов берем исходные данные из чего изготовлен сосуд, у нас это железо. Коэффициент объёмного расширения железа стабильно одинаковый, берем за основу среднее значение 0,000036, а вот коэффициент объема воды изменяется в зависимости от ее нагрева. Примерно 0,00015 при 20 градусах цельсия и 0,00045 при 60 градусах цельсия. Среднее значение путем сложения из двух данных получаем 0,00030.
Чтобы посчитать объем во сколько увеличиться объем в сосуде воспользуемся формулой: 1 + коэффициент расширения железа * (t2-t1).
В цифрах будет выглядеть так: 1 + 0,000036 * (57 – 17) = 1.002;
В качестве информационной нагрузки узнаем еще на сколько бы увеличился V воды если бы она была вне сосуда: 1 + 0,0003 * (57 – 17) = 1,012. Далее все упирается на сколько же прочный Ваш сосуд и не раздует ли его при повышении давления.
Чтобы узнать процентное увеличение объема воды с воздействием на сосуд воспользуемся следующей формулой подставим все цифры: 1,012 / 1,002 * 100 – 100 = 1 %.
Обратившись к учебнику физики, мы узнаем, что при давлении каждой атмосферы объем воды уменьшается на 0,000006. Например, 50 литров, при одной атмосфере сожмется на 0,001 и будет 49.999. Зато по сравнению с газами сжимаемость жидкостей действительно ничтожна: в десятки тысяч раз меньше.
Если объём воды при 2 атм = 50 литров, то при 500 атм объём станет примерно на 1 литр меньше. (разница в двух числах 2%).
1%/2% * 500 = 250 атмосфер, то значение при котором по идее должно разорвать Ваш бак и то давление которое будет у вас при нагреве. Честно, считаем это какой-то бред и не он никак не сочетается с реальными жизненными показателями, полученными в ходе эксперимента.
Изучав дальше интернет и опираясь на наши знания всех из коллег нашего отдела было перепробовано масса различных вариантов и изучено мнений других людей, которые потом можно было бы использоваться для выявления формулы по нашей задаче:
Вода при нагревании увеличивается в объеме до 4%, т.е. 50 наших литров должны превратиться в 52 литра за счет ее расширения, но применить данную теорию в нашем вопросе нам пока не удалось. Мы даже изучили соотношение плотности льда к плотности воды и поняли объем в этом случае увеличивается на 11 процентов.
Есть мнение (алгоритм) с нашей стороны что ни одну из формул применить тут нельзя, так как в баке или бойлере представленным нами невозможно заполнить его на все 100% жидкостью, какую часть в одной жидкости все равно будет составлять воздух, который в этом случае будет работать как расширительный бак и возможно поэтому те 800 атмосфер которые получаются у разных людей нормализуются тем количеством воздуха который содержаться в сосуде.
Если Вы физик или технически подкованный человек, разбираетесь в данном вопросе и готовы разрешить наш спор и получить ответ на поставленную задачу – ждем Ваших решений под этой записью в комментариях.
Со своей стороны хотим так же сказать, что при проведении реального эксперимента и нагрева воды в бойлере с 18-20 градусов до 50, давление поднялось по манометру с 1.5 очков (бар, атмосфер) примерно и до 5 бар.
Спасибо за проявленный труд, терпение и прочтение данной статьи. Надеемся что этот вопрос решится в ближайшее время и мы найдем грамотный ответ.
Всего Вам доброго и приятного дня.
Другие полезные записи в блоге – только для Вас!
- Котел КСУВ наружного размещения. Почему он является лучшим из всех? Технические особенности, выбор большинства организаций. Котельная больше не нужна. Устанавливай прямо со зданием.
- История на “миллион”, как мы помогли ДОЛ “Лесное озеро”. Крупный DIY проект России, сделай сам!
- Тепловой пункт: какой промышленный котел выбрать?
- Наглядный ремонт КЧМ руками наших специалистов.
- ОАО “Кировский завод” банкрот. Какая судьба ожидает котлы КЧМ-5, КЧМ-5К, КЧМ-7 Гном?
- Почему в котлах КЧМ-5К не используются колосники? Техническая информация и не только.
- Все основные запасные части к котлу КЧМ, артикулы, описание и много полезной информации.
- Лемакс – лучшее соотношение цена/качество в бытовых котлах.
- 1000 колосников на складе компании МОНТАЖНИК – новый завоз.
- Что такое колосник? Расскажем все очень подробно.
- Почему котлы ИШМА покупают 90 из 100 клиентов. Лучшее соотношение цены-качества.
- Лучший конкурент котла Buderus, Valliant, Protherm – это Кентатсу (Kentatsu) – или как мы его называем один в поле ВОИН! А так же там мы ответили на вопрос, что лучше русский КЧМ или Турецкояпонский гигант?
- Полная подробная инструкция по монтажу промышленных котлов
- Посмотреть все статьи и новости
Наши отправки (отгрузки), услуги и выполненные работы:
Статьи посвященные нашим отгрузкам не только поднимают наш авторитет как считаем мы, но они направлены на увеличение доверия со стороны потенциальных клиентов. Нам нечего скрывать – мы делимся с Вами своими продажами и успехами. У нас нет скрытых продаж и ухода от налогов. Мы стараемся делать наше с Вами сотрудничество и работу максимально прозрачными. Мы хотим чтобы Вы доверяли нашей команде!
Если у Вас есть идеи о том, о том что Вы бы хотели увидеть на нашем канале. То присылайте их на нашу легкую почту: 426909@bk.ru. Если Вам понравилась статья оцените ее, поставьте палец вверх слева экрана (если Вы читаете ее с компьютера), а также подпишитесь на наш блог, Вас ждет много полезной и интересной информации.
С вами на связи была компания ООО “Монтажник” – официальный дистрибьютор нескольких заводов изготовителей по всей стране. По вопросам приобретения котлов, насосов и другого сопутствующего оборудования (запчасти, дымоходы, автоматика) можете обращаться по телефонам: 8(47354) 2-55-25; 2-69-09 или на электронную почту: 426909@bk.ru или montagnikvrn@yandex.ru.
Наш логотип
Отзывы о нашей компании:
15 лет на рынке – ни одного плохого отзыва за все время работы.
Посмотреть все отзывы.
СПАСИБО ЧТО ОСТАЕТЕСЬ С НАМИ! Рассказывайте друзьям, делитесь материалом со своими знакомыми. Нам важен каждый.
Компания которая относится к своему клиенту с ДУШОЙ!
Заказ через наш интернет магазин
Источник
7 класс Тема урока: Давление газа.
Цели урока:
1)изучить природу давления газа;
2)формировать умение применять положения молекулярно- кинетической теории для объяснения давления газа на доступном учащимся уровне понимания;
3)формировать умение использовать для объяснения термины по физике;
развивать техническое мышление.
Ход урока:
Повторение ранее изученного. Активизация знаний.
Демонстрация опыта: надуваем резиновый шарик воздухом.
Фронтальная беседа.
- Что собой представляют газы?
- Как ведут себя молекулы газов?
- Как они движутся?
- Каковы расстояния между молекулами?
Вывод. Слайд 3
.
Учащиеся объясняют, высказывают своё мнение вслух, учатся применять в устной речи физические термины.
Учитель рассказывает о законе Паскаля. Слайд 4.
Учащиеся ведут краткие записи в тетради.
Делаем вывод: давление газа на стенки создаётся ударами молекул.
Давление по всем направлениям одинаково. Слайд5.
Проводим опыт: из-под колокола откачиваем воздух, при этом наблюдаем увеличение объёма шарика.
Задание:
Объясните опыт.
Почему это происходит?
Проводим наблюдение:
Надуваем тот же шарик ещё и видим увеличение объёма.
Рукой проверяем упругость оболочки шарика.
Вопрос: От чего зависит давление газа?
Учитель подводит учеников к новым понятиям.
Наверное, нужно знать единицу площади стенки сосуда и число ударов молекул заединицу времени. Слайд 5.
Слайд 5 можно применить при проверке Д/з на следующем уроке.
Проведём опыт с игрушечным пневматическим пистолетом, стреляющим пробкой.
Делаем вывод: при уменьшении объёма воздуха, число молекул не уменьшилось , следовательно, увеличилась плотность воздуха в данном объёме. Число ударов на единицу площади увеличилось, и пробка силой вылетает из трубки.
Вопрос учащимся: как изменится давление, если увеличить объём сосуда, не меняя число молекул? Учащиеся аргументируют ответ, используя новые знания.
Далее выясняем, зависит ли давление газа от температуры?
Вновь обращаемся к эксперименту.
Колбу, со вставленной через пробку трубкой со столбиком подкрашенной жидкости, подогреем. При этом наблюдаем смещение столбика жидкости.
Вопрос. Почему это происходит?
Учащиеся пытаются самостоятельно найти ответ на поставленный вопрос, используя полученные знания.
Вопрос: что произойдет, если охладить колбу, приложив к ней тряпочку, смоченную холодной водой?
Учащиеся находят правильный аргументированный ответ.
Делаем вывод: давление газа зависит от температуры: чем выше температура, тем больше давление. При этом скорость молекул возрастает.
Первичное закрепление нового материала.
Дидактическая игра «Хочу всё знать!».
Цель учителя состоит в том, чтобы помочь всем ребятам на первом же уроке провести коррекцию знаний. Продолжать работу с одаренными учениками.
На столы учащихся раздаются карточки с качественными задачами по теме урока.
Далее идёт работа в парах. Учащиеся обсуждают вопрос задачи и, если находят ответ, то выходят к доске и записывают свою фамилию в колонку «Я ЗНАЮ»и номер задачи по своему выбору . Хорошо, когда этот столбик получается длинным. В этом случае можно больше материала вынести на обсуждение. Остальные учащиеся могут поросить любого ученика из списка объяснить ответ задачи. Учитель следит за правильными ответами.
Текст условия задач.
Задачи-тесты по теме: «Давление газов».
- Давление газа тем больше, чем … молекулы ударяют о стенки сосуда.
1) реже и сильнее
2) чаще и сильнее
3) чаще и слабее.
- Справа и слева от поршня находится воздух одинаковой массы. Температура воздуха слева выше, чем справа. В каком направлении будет двигаться поршень, если его отпустить?
1) слева направо
2) справа налево
3) поршень останется на месте.
- В цилиндре с газом посередине находится подвижный поршень. Что можно сказать о давлении газа слева и справа от поршня, если поршень неподвижен?
1) давление газа справа больше
2) давление газа слева больше
3) давление справа и слева одинаково.
- Почему при проколе камеры велосипедного колеса давление воздуха в ней уменьшается?
Учитель может выставить положительные оценки по желанию учащихся активно работающих на уроке, похвалить «ЗНАЕК», отметить лучшие ответы.
Обсуждаем домашнее задание на следующий урок.
Д/з: П 37, ответить на вопросы, упр 22(устно)
Подводим итог урока.
Тема урока : Давление газа
Тип урока: комбинированный на основе исследовательской деятельности.
Цель урока:
- выяснить физическую природу давления газа
- исследовать причины возникновения, зависимость давления газа.
Ход урока:
1.Орг момент.
2. Актуализация знаний учащихся (в форме беседы)
Учитель. Ребята, на этом уроке мы с вами попробуем объяснить одно из явлений природы. Вам (нам) придется побыть в роли не только исследователей, но и теоретиков, которые дают определение понятиям, делают выводы. Именно так создаются научные теории.
В руках учителя надутый воздушный шарик.
Учитель предлагает ученикам сжать, растянуть, прижать к себе шарик с вопросами:
“Что вам мешает деформировать шарик?”
Обращение к ученикам с вопросом: “Что же будет объектом нашего изучения?”
Ученик. Предполагаемый ответ – воздух
Фронтальный опрос:
Какие три состояния вещества вы знаете? К какому из них относится воздух? Опишите это состояние
Вспомните, что отличает газ, от других состояний? Как ведут себя молекулы газа?
Чем отличается жидкое и твердое состояния вещества от газообразного?
Ответы учеников:
- твёрдое, жидкое, газообразное. Газообразное состояние
- Молекулы находятся далеко друг от друга, силы притяжения – очень слабы.
- Молекулы, двигаясь, могут оказаться в любой части пространства
- В жидком состоянии расстояние между молекулами соизмеримо с размерами молекул, поэтому силы притяжения сильнее. Чем в газообразном состоянии. В твердом состоянии притяжение между молекулами еще больше, чем у жидкостей.
Учитель. Обобщаем: газ давит на оболочку, т.е. создает давление. Итак урока
Изучение давления газа – это и будет нашей задачей.
3. Подготовка к основному этапу занятия
Учитель. Сравним, как будут оказывать давление на стенки твердые тела, жидкости и газ. Проводится эксперимент Э1.
Перед классом два ученика с шариками. В один из шариков наливаем воду, во второй — помещаем мелкие твердые предметы, а третий просто надуваем.
Учитель. Есть ли отличие в оказании давления? Что необычного?
Ответы учеников: (форма шариков разная: с тв. телами и жидкими, она вытянутая, а с газом – шарообразная) отличия есть – в случае давления твердых и жидких тел мы видим, чтодавит вниз из-за притяжения к Земле.
Учитель. Но ведь и в газе молекулы – все они притягиваются к Земле. Значит, определяющим для давления газа является не это, а что?(Создание проблемной ситуации)
Ответы учеников- Беспорядочное движение молекул.
4. Основной этап. Усвоение новых знаний и способов их получения
Учитель.
- Объектом нашего изучения является газ.
- Выдвигаем гипотезу, в которой попытаемся предположить, что причиной давления газа является беспорядочное движение молекул.
- Выдвигаем гипотезу, в которой попытаемся предположить, что может изменять давление газа внутри шарика?
Ответы учеников:
Сейчас мы вместе смоделируем ситуацию. Для изучения явления часто используют модели. Модель – это упрощённый вариант явления или объекта.
Молекулы газа беспорядочно движутся. При своем движении они сталкиваются друг с другом, а также со стенками сосуда, в котором находится газ.
Представим себе, как теннисный мячик ударяется о пластинку на пружине. При ударе пружина сжимается, а затем под действием силы упругости возвращается в первоначальное положение.
h
ttp://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669b524b-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/4_3.swf
Э2. А что произойдет, если мячиков будет огромное количество?
Шарики будут ударяться о пластинку, и она будет постоянно находиться в сжатом положении.
В газе также находится множество молекул. Поэтому число ударов их о стенки сосуда, в котором находится газ, достаточно велико. Например, число ударов молекул воздуха, находящегося в комнате о поверхность площадью 1 см2 за 1 с составляет примерно 1024. Сила удара каждой из молекул мала, но действие всех молекул на стенки сосуда значительно.
3) Итак, можно сделать вывод (промежуточный этап осмысления). И сейчас каждый на листочке напишет, почему возникает давление газа.
См. Приложение 1.
Зачитывают написанные ответы.
Учитель. Замечательно – без учебника, вы сами смогли дать определение. Это будет началом создания теории. Далее следует описание явления.
4) Теоретическое описание явления – это установление зависимостей.
В процессе беседы заполняется таблица (на доске), в которой фиксируются возможные зависимости, предложенные учениками.
От чего зависит давление газа (гипотеза)
Результат проверки
от количества молекул
+
от температуры
+ (учитывая, что температура определяется движением молекул)
от объема
+
Затем идет экспериментальная проверка этих предположений или проводится мысленный эксперимент по проверке
Э 3
https://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669b524b-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/4_3.swf
Насосом накачиваем шарик
Вывод. Чем больше количество молекул, тем выше давление
Э 4. 1)
https://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669b524b-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/4_3.swf
2) Обливаем холодной и горячей водой бутылку с надетым на горлышко воздушным шариком
Вывод. Чем выше температура, тем выше давление. (вспоминают, что повышение температуры приводит к увеличению скорости движения молекул).
Таким образом, в таблице по пунктам а) – б) проверка подтвердила верность предположений, поэтому ставим плюсы.
- А вот с объемом сложнее. На столе две банки – литровая и 3-х литровая.
Учитель. В какой из них давление больше?
Ученик. Очевидно, что одинаковое.
Учитель. Проведем ещё один эксперимент.
Каждому ученику раздаются шприцы (без иголки)
Учитель. Прикройте отверстие для вставки иглы пальцем. Вдвигая поршень, обнаружьте увеличение давления. Ответьте на вопрос:
В чем причина увеличения давления, ведь количество молекул осталось прежним, температура не изменилась и молекулы те же самые? (Это проблемная задача.)
Ученики:
– уменьшается объём
– в каждую точку теперь попадает больше молекул и, получается, что они теперь чаще ударяются.
2.
https://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669b524b-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/4_3.swf
Итак, происходит не только закрепление, но и более глубокое осмысление причин, влияющих на давление газа. Видим одно – изменение объёма, – а в результате цепочки мыслительных операций приходим к истокам этой зависимости (от концентрации).
Делаем вывод, что в закрытом сосуде при изменении объёма давление меняется потому, что на единичную площадку приходится большее или меньшее количество ударов. Поэтому лучше сказать, что давление меняется в зависимости от сжатия газа.
Проверка гипотезы: давление газа зависит от количества частиц, температуры и объема вещества.
4. Закрепление
1) Решение качественных задач
2) Задача по карточке
Сосуд разделён тонкой гибкой перегородкой.
Справа и слева видим разное количество молекул. Перегородка же не прогибается. Объясните почему.
Работа в парах
Думает каждый. Сидящие в левом ряду сообщают своё объяснение сидящим в правом.
Те, в свою очередь, выслушивают ответы и потом пересказывают по очереди всему классу.
Ответы
В одной части сосуда, разделённого тонкой непроницаемой перегородкой, газ при низкой температуре, в другой – при высокой. Либо это два разных газа: в сосуде с меньшим числом частиц молекулы более массивны.
5. Подведение итогов
Итак, с помощью экспериментов мы многое выяснили и описали изучаемое явление – разработали начальный этап теории. Что мы узнали о давлении газа?
Ответы учащихся
6. Домашнее задание: §37, задачи № 464, 470 (сборник задач В.И.Лукашик).
Приложение 1
Давление газа
1. Давление газа создаётся ______________________________________
_______________________________________________________________.
2. Давление газа зависит от: _________________ ____________________
______________________________________________________________
( В закрытом сосуде)
3. Если температура газа повысится, то увеличится ______________________,
следовательно, увеличится число __________________________________,
поэтому давление газа ________________________________.
4. Если газ сжимают, то его объём ______________________,
следовательно, увеличится ________________________
на единичную площадку, поэтому давление газа _____________________.
Источник