Сосуд с газом картинки

Мы привыкли к разнообразию газированных напитков. Сейчас в магазинах они на любой вкус, объем и кошелёк. Лимонады пили наши мамы, папы, дедушки и бабушки. Во времена СССР, например пищевая промышленность выпускала довольно-таки широкую линейку газировок, шипучку с сиропом можно было купить в автомате за 3 копейки или у уличного продавца, а любители домашних напитков газировали воду дома с помощью сифонов.

Сифоны был обыденным предметом и был во многих советских семьях. Как правило, «жил» он на кухне. Советская промышленность выпускала несколько вариантов дизайна сосудов для газирования воды, но их суть не менялась. За несколько секунд можно было превратить простую воду в газированную. Сифоны выпускались двух модификаций. Одни заправлялись углекислым газом на специальных станциях, другие заправлялись самостоятельно пользователем с помощью бытовых баллончиков с СО2. Этот вариант сифона, пожалуй, был самым распространённым на территории бывшего СССР. О нём и пойдёт речь ниже.

Дизайн советских сифонов. Фото с сайта https://www.stariy-kordon.com/

Дизайн советских сифонов. Фото с сайта https://www.stariy-kordon.com/

Принцип работы сифона был прост. В ёмкость наливалась обычная вода из-под крана, в специальный карман вставлялся баллон с углекислым газом, баллон вкручивался, защитная мембрана протыкалась, газ поступал в сосуд и насыщал воду пузырьками. После процесса газирования можно было наслаждаться заветной шипучкой. В готовую газировку добавляли варенье или сироп и получался домашний лимонад. Всё гениальное – просто.

Схема работы сифона. Рисунок с сайта https://22-91.ru/

Схема работы сифона. Рисунок с сайта https://22-91.ru/

Сам сифон отпускался по цене 9 рублей 50 копеек, а расходный материал к нему – баллончики продавались в картонных коробках по 10 штук и стоили 1 рубль 30 копеек за комплект. Использованные баллончики можно было сдать (вместе с упаковкой) по 8 копеек за штуку и за небольшую доплату купить ещё коробку баллонов.

Баллончики для бытовых сифонов. Фото с сайта https://pikabu.ru

Баллончики для бытовых сифонов. Фото с сайта https://pikabu.ru

Несмотря на то, что производители рекомендовали в наливать в сифон только чистую воду, в качестве основы для будущего газированного напитка в сифон заливались вина, водка и прочий алкоголь. Газированный с помощью сифона алкогольный напиток приобретал более опьяняющий эффект.

Эксплуатация сифонов требовала определённых навыков. Вкручивать и выкручивать баллончик нужно было крайне аккуратно, чтобы резервуар не пострадал. При неправильной установке сифон начинал пугающе шипеть.

Существует мнение, что для современных сифонов прекрасно подойдут баллончики, для пневматических пистолетов, но это не так. В большинстве современных газобаллонных пневматических пистолетов используются баллоны весом 12 грамм, в сифонах же используются как и раньше 9-граммовые баллончики. Более того, в сифонах используется очищенный пищевой СО2.

Баллончик для пневматики. Фото с сайта НА-РЫБАЛКУ-МАГАЗИН.РФ

Баллончик для пневматики. Фото с сайта НА-РЫБАЛКУ-МАГАЗИН.РФ

Сейчас при должном советский сифон можно приобрести через сервисы объявлений, а импортные аналоги сосуда продаются в торговых сетях и на сайте по продаже товаров из Китая. Делать выводы о том, что сифоны сейчас также популярны как во времена СССР, нет смысла. Всё осталось в далёком прошлом и в наших воспоминаниях.

Сифон на магазинной полке. Фото с сайта https://izhevsk.ru/forummessage/169/2189863-2.html

Сифон на магазинной полке. Фото с сайта https://izhevsk.ru/forummessage/169/2189863-2.html

Относительно недавно я рассказывал об автоматах с газировкой. Если интересно, можете почитать эту статью здесь.

Комментарии к статье открыты для Ваших воспоминаний. Если есть что вспомнить, добро пожаловать! Если вам понравилась статья, не забудьте порадовать автора оценкой «нравится» и подпиской на канал. Спасибо.

Источник

Источник

5.4. Практическое применение уравнения состояния идеального газа

5.4.3. Уравнение состояния для газа, находящегося в сосуде под поршнем

Для идеального газа, находящегося в сосуде под поршнем, необходимо учитывать следующее:

• масса газа, находящегося в сосуде под поршнем, вследствие изменения термодинамических параметров газа не изменяется:

m = const;

• постоянным остается также количество вещества (газа):

ν = const;

• плотность газа и концентрация его молекул (атомов) изменяются:

ρ ≠ const, n ≠ const.

Пусть изменение состояния идеального газа, находящегося в цилиндрическом сосуде под поршнем, вызвано действием на поршень внешней силы F → (рис. 5.9).

Рис. 5.9

Начальное и конечное состояния газа в сосуде под поршнем описываются следующими уравнениями:

p 1 V 1 = ν R T 1 , p 2 V 2 = ν R T 2 , }

где p 1, V 1, T 1 – давление, объем и температура газа в начальном состоянии; p 2, V 2, T 2 – давление, объем и температура газа в конечном состоянии; ν – количество вещества (газа); R – универсальная газовая постоянная, R = 8,31 Дж/(моль ⋅ К).

Условия равновесия поршня, закрывающего идеальный газ в сосуде (см. рис. 5.9), в начале процесса и в конце процесса выглядят следующим образом:

M g + F A = F 1 , M g + F A + F = F 2 , }

где M – масса поршня; g – модуль ускорения свободного падения; F A – модуль силы атмосферного давления, F A = p AS; p A – атмосферное давление; S – площадь сечения поршня; F 1 – модуль силы давления газа на поршень в начале процесса, F 1 = p 1S; p 1 – давление газа в сосуде в начальном состоянии; F – модуль силы, вызывающей сжатие газа; F 2 – модуль силы давления газа на поршень в конце процесса, F 2 = p 2S; p 2 – давление газа в сосуде в конечном состоянии.

Температура идеального газа, находящегося в сосуде под поршнем, может как изменяться, так и оставаться неизменной:

• если процесс движения поршня происходит достаточно быстро, то температура газа изменяется –

T ≠ const;

• если процесс происходит медленно, то температура газа остается постоянной –

T = const.

Давление идеального газа, находящегося в сосуде под поршнем, также может изменяться или оставаться неизменным:

• если в задаче сказано, что поршень является легкоподвижным, то давление газа под поршнем – неизменно (в том случае, когда из условия задачи не следует обратное) – p = const;
• в остальных случаях давление газа под поршнем изменяется – p ≠ const.

Масса поршня, закрывающего газ в сосуде, либо равна нулю, либо имеет отличное от нуля значение:

• если в задаче сказано, что поршень является легким или невесомым, то масса поршня считается равной нулю –

M = 0;

• в остальных случаях поршень обладает определенной ненулевой массой –

M ≠ const.

Пример 19. В вертикальном цилиндре под легкоподвижным поршнем сечением 250 мм2 и массой 1,80 кг находится 360 см3 газа. Атмосферное давление равно 100 кПа. На поршень поставили гири, и он сжал газ до объема 240 см3. Температура газа при его сжатии не изменяется. Определить массу гирь.

Решение. На рисунке показаны силы, действующие на поршень:

• сила тяжести поршня M g → ;
• сила атмосферного давления F → A ;
• сила давления газа F → 1 , действующая со стороны газа (до его сжатия);
• сила давления газа F → 2 , действующая со стороны газа (после его сжатия);
• m g → – вес гирь.

Условие равновесия поршня запишем в следующем виде:

• до сжатия газа –

F 1 = Mg + F A,

где F 1 – модуль силы давления газа, F 1 = p 1S; p 1 – давление газа до сжатия; S – площадь поршня; Mg – модуль силы тяжести поршня; M – масса поршня; F A – модуль силы атмосферного давления, F A = p AS; p A – атмосферное давление; g – модуль ускорения свободного падения;

• после сжатия газа –

F 2 = Mg + F A + mg,

где F 2 – модуль силы давления газа, F 2 = p 2S; p 2 – давление газа после сжатия; mg – вес гирь; m – масса гирь.

Считая процесс сжатия газа изотермическим, запишем уравнение Менделеева – Клапейрона для газа под поршнем следующим образом:

• до его сжатия –

p 1V 1 = νRT,

где V 1 – первоначальный объем газа под поршнем; ν – количество газа под поршнем; R – универсальная газовая постоянная, R = 8,31 Дж/(моль ⋅ К); T – температура газа (не изменяется в ходе процесса);

• после его сжатия –

p 2V 2 = νRT,

где V 2 – объем сжатого поршнем газа.

Равенство

p 1V 1 = p 2V 2

и два условия равновесия, записанные в явном виде, образуют полную систему уравнений:

p 1 S = M g + p A S , p 2 S = M g + p A S + m g , p 1 V 1 = p 2 V 2 , }

которую требуется решить относительно массы гирь m.

Для этого выразим отношение давлений p 2/p 1 из первой пары уравнений:

p 2 p 1 = M g + p A S + m g M g + p A S

и из третьего уравнения:

p 2 p 1 = V 1 V 2 ,

запишем равенство правых частей полученных отношений:

M g + p A S + m g M g + p A S = V 1 V 2 .

Отсюда следует, что искомая масса определяется формулой

m = ( M + p A S g ) ( V 1 V 2 − 1 ) .

Вычисление дает результат:

m = ( 1,80 + 100 ⋅ 10 3 ⋅ 250 ⋅ 10 − 6 10 ) ( 360 ⋅ 10 − 6 240 ⋅ 10 − 6 − 1 ) = 2,15 кг.

Указанное сжатие газа вызвано гирями массой 2,15 кг.

Пример 20. Открытый цилиндрический сосуд сечением 10 см2 плотно прикрывают пластиной массой 1,2 кг. Атмосферное давление составляет 100 кПа, а температура окружающего воздуха равна 300 К. На сколько градусов нужно нагреть воздух в сосуде, чтобы он приподнял пластину?

Решение. На рисунке показаны силы, действующие на пластину после нагревания газа:

• сила тяжести пластины M g → ;
• сила атмосферного давления F → A ;
• сила давления газа F → 2 , действующая на пластину со стороны нагретого газа.

Пластина находится в состоянии неустойчивого равновесия; условие равновесия пластины выглядит следующим образом:

F 2 = Mg + F A,

где F 2 – модуль силы давления нагретого газа, F 2 = p 2S; p 2 – давление нагретого газа; S – площадь сечения сосуда; Mg – модуль силы тяжести пластины; M – масса пластины; g – модуль ускорения свободного падения; F A – модуль силы атмосферного давления, F A = p AS; p A – атмосферное давление.

Запишем уравнение Менделеева – Клапейрона следующим образом:

• для газа в сосуде до его нагревания

p 1V = νRT 1,

где p 1 – давление газа в сосуде до нагревания (совпадает с атмосферным давлением), p 1 = p A; V – объем газа в сосуде; ν – количество вещества (газа) в сосуде; R – универсальная газовая постоянная, R = 8,31 Дж/(моль ⋅ К); T 1 – температура газа в сосуде до нагревания (совпадает с температурой окружающей среды);

• для газа в сосуде после его нагревания

p 2V = νRT 2,

где p 2 – давление нагретого газа; T 2 – температура нагретого газа.

Два уравнения состояния газа (до и после нагревания) и условие равновесия пластины, записанные в явном виде, образуют полную систему уравнений:

p A V = ν R T 1 , p 2 V = ν R T 2 , p 2 S = M g + p A S ; }

систему необходимо решить относительно температуры T 2, до которой следует нагреть газ.

Для этого делением первой пары уравнений

p A V p 2 V = ν R T 1 ν R T 2

получим выражение для давления нагретого газа:

p 2 = p A T 2 T 1

и подставим его в третье уравнение системы:

p A T 2 S T 1 = M g + p A S .

Преобразуем полученное выражение к виду

T 2 = T 1 ( M g + p A S ) p A S = T 1 ( M g p A S + 1 ) ,

а затем найдем разность

Δ T = T 2 − T 1 = M g T 1 p A S .

Произведем вычисление:

Δ T = 1,2 ⋅ 10 ⋅ 300 100 ⋅ 10 3 ⋅ 10 ⋅ 10 − 4 = 36 К = 36 °С.

Пример 21. В цилиндрическом сосуде поршень массой 75,0 кг и площадью сечения 50,0 см2 начинает двигаться вверх. Давление газа под поршнем постоянно и равно 450 кПа, атмосферное давление составляет 100 кПа. Считая, что поршень движется без трения, определить модуль скорости поршня после прохождения им 3,75 м пути.

Решение. На рисунке показаны силы, действующие на поршень:

• сила тяжести поршня M g → ;
• сила атмосферного давления F → A ;
• сила давления газа F → , действующая на поршень со стороны нагретого газа.

Под действием указанных сил, направленных вверх, поршень движется с ускорением a → :

F → + F → A + M g → = m a → ,

или в проекции на вертикальную ось –

F − F A − Mg = Ma,

где F – модуль силы давления газа под поршнем, F = pS; p – давление газа; S – площадь поршня; Mg – модуль силы тяжести поршня; M – масса поршня; g – модуль ускорения свободного падения; a – модуль ускорения поршня.

Преобразуем записанное уравнение, выразив модуль ускорения и выполнив подстановку выражений для модулей сил:

a = F − F A − M g M = ( p − p A ) S M − g .

Скорость поршня, его ускорение и пройденный путь связаны между собой соотношением

l = v 2 2 a ,

где l – пройденный путь; v – модуль скорости поршня.

Выразим отсюда модуль скорости поршня:

v = 2 a l

и подставим в записанную формулу выражение для модуля ускорения:

v = 2 l ( ( p − p A ) S M − g ) .

Выполним расчет:

v = 2 ⋅ 3,75 ( ( 450 − 100 ) ⋅ 10 3 ⋅ 50 ⋅ 10 − 4 75,0 − 10 ) ≈ 10 м/с.

После прохождения 3,75 м пути поршень приобретет скорость, приблизительно равную 10 м/с.

Источник