Приложение на газовите закони в техниката. Техническо приложение на газовия разряд Газовият разряд е съвкупност от електрически, оптични и топлинни явления, които придружават преминаването на електрически
Газовете имат редица свойства, които ги правят незаменими в много голям брой технически устройства. Всички характеристики на поведението на газовете, които им позволяват да се използват на практика, могат да бъдат установени с помощта на уравнението на състоянието (3.9.9).
Газо - компресирано еластично тяло
Както следва от уравнението на състоянието, налягането, упражнявано от газа върху стените на съда, е
(Z-11-1)
Това налягане изчезва само при m -> 0 (почти няма газ) или V -* oo (газът се е разширил за неопределено време), а също и при T -1 > O (молекулите на газа не се движат).
Силата на налягането на газа върху стените F = pS е особена форма на еластичната сила. Газът е като пружина, която винаги е компресирана. Важно е газ с малка маса да може да създаде относително голямо налягане.
Контрол на налягането на газа
Налягането на газ може да се промени чрез промяна на неговия обем или температура. В допълнение, силата на налягането на газа се регулира лесно, без да се променя обемът или температурата му. Газът е компресирана „пружина“, чиято „твърдост“ може бързо да се промени, като се използва пряко пропорционалната зависимост на налягането на газа от неговата маса (виж формула (3.11.1)). Като увеличим масата на газа във всяко затворено пространство, можем да увеличим налягането. Те правят това, например, като надуват с въздух автомобилна гума или футболна топка. Чрез освобождаване на част от газа от съда, неговото налягане се намалява.
Висока свиваемост на газовете
Газовете, особено при налягане, близко до атмосферното, лесно се компресират в сравнение с течности и твърди вещества. Това означава, че малка промяна в налягането значително променя техния обем. Обратно, значителна промяна в обема не води до голяма промяна в налягането.
Поради високата свиваемост на газа, неговата сила на натиск се променя малко по време на разширение или компресия. Следователно газът, бутайки буталото, извършва значителна работа на голямо разстояние.
Добрата свиваемост на газовете позволява те да се съхраняват в големи количества в удобни за съхранение бутилки. Сгъстеният природен газ се транспортира по тръби на разстояния от хиляди километри.
Зависимост на обема на газа от температурата
Обемът на газовете се увеличава значително с повишаване на температурата. При нагряване с 1 °C обемът на газа при постоянно налягане се увеличава стотици пъти повече от обема на течни и твърди тела.
Всички изброени свойства на газовете се използват в техниката.
Газов амортисьор
Ориз. 3.16
Ето как работи автомобилна или велосипедна гума. Когато колелото удари неравност, гумата с въздуха в нея се деформира (фиг. 3.16) и тласъкът, получен от оста на колелото, значително се смекчава. Ако гумата беше твърда, оста щеше да скочи до височината на неравността или повече.
Газ - работно тяло на двигатели
Високата свиваемост на газовете и изразената зависимост на тяхното налягане и обем от температурата правят газа "удобен" работен флуид в двигатели, работещи със сгъстен газ и в топлинни двигатели.
Свойството на газа да не запазва формата си, ниската му плътност и възможността за регулиране на налягането правят газа един от най-модерните амортисьори.
При двигатели, работещи със сгъстен газ, по-специално сгъстен въздух, газът (въздухът) се разширява поради добрата си свиваемост и извършва работа при почти постоянно налягане. Сгъстеният въздух, упражнявайки натиск върху буталото, отваря вратите в автобуси, метро и електрически влакове. Сгъстеният въздух задвижва буталата на въздушните спирачки на железопътни вагони и камиони. Пневматичният чук и другите пневматични инструменти се задвижват от сгъстен въздух.
Дори на космически кораби има малки реактивни двигатели, които работят със сгъстен газ - хелий. Те ориентират кораба по правилния начин.
В двигателите с вътрешно горене на автомобили, трактори, самолети и реактивни двигатели високотемпературните газове се използват като работна течност, която задвижва бутало, турбина или ракета.
При изгаряне на горима смес в цилиндър (например бензин и въздушни пари), температурата се повишава рязко, налягането върху буталото се увеличава и газът, разширявайки се, извършва работа по цялата дължина на хода на буталото (фиг. 3.17). ).
На практика само газта може да се използва ефективно като работна течност в двигателите. Нагряването на течност или твърдо вещество до същата температура като газ би причинило само леко движение на буталото.
Всяко огнестрелно оръжие е по същество топлинен двигател. Работната течност тук също е газ - продукти от горенето на експлозиви. Силата на налягането на газа изтласква куршума от отвора или снаряда от дулото на пистолета. И е важно тази сила да работи по цялата дължина на канала. Следователно скоростите на куршума и снаряда са огромни: стотици метри в секунда.
разредени газове
Полезните свойства на газовете, успешно използвани в технологиите, в някои случаи играят отрицателна роля. Трудно е да се отървете от газ, т.е. да получите газ в съд при много ниско налягане - в състояние на вакуум, когато молекулите на газа се сблъскват не една с друга, а само със стените на съда.
В много случаи е необходим висок вакуум и главно в електроннолъчеви тръби и други вакуумни устройства. Понякога е необходимо да се създаде вакуум в много големи обеми, например в огромни ускорители на частици или да се симулира космическото пространство. Един от най-големите симулатори в Хюстън (САЩ) е с диаметър 22 м и височина на 15-етажна сграда (40 м). Когато астронавтите кацнаха на Луната, резервният екипаж извърши същите операции в симулатора. Това даде възможност да се ръководят действията на астронавтите в случай на непредвидени инциденти.
Високият вакуум е необходим и за много други цели, по-специално за топене на метали без оксиди, създаване на топлоизолация, например в термоси.
Конвенционалните бутални помпи стават неефективни поради изтичане на газове между буталото и стените на цилиндъра. С тяхна помощ не е възможно да се получи налягане под десети от милиметъра живак. Необходимо е да се използват различни сложни устройства за изпомпване на газове.
Понастоящем са достигнати налягания до 10~12 Pa при температура от 30 K. Когато се охлади до температурата на течен хелий (= 5 K), налягането трябва да бъде 10~31 Pa. Това налягане вече не може да се измери. Концентрацията на газ при такова налягане е n ~ 3 10"11 m~3. Това означава, че например една молекула ще прелети през куб със страна 1 m веднъж на всеки 3 години. Дори налягането в междугалактическия външен пространството е много по-високо: 10 27 Pa. A вътре в нашата галактика налягането е 10~15 Pa.
Тлеещ разряд - независим газов разряд, извършван при ниско налягане. Тлеещият разряд включва две основни зони: -1 - несветеща зона непосредствено до катода (тъмно пространство на катода; -2 - светеща област (положителна светлинна колона). Външен види разпределение на параметрите в нормален тлеещ разряд
ПРИЛОЖЕНИЕ НА ТЛЕТЕЩ РАЗРЕД: В ZENAILITRONS Ценеровият диод е двуелектродно газоразрядно или полупроводниково устройство, напрежението на което се променя леко, когато протичащият в него ток се променя (в определени граници). S. се използва за поддържане на постоянно напрежение в даден участък от електрическа верига, например в стабилизатори на напрежение. Схема за включване на ценеров диод в параметричен регулатор на напрежението
ПРИЛОЖЕНИЕ НА ТЛЕТЕЩ РАЗРЯД: В ТИРАТРОНИТЕ Thyratron е триелектродно йонно устройство с нажежен студен катод или тлеещ разряд в газова среда, запълваща устройството.T. се използват широко главно в схеми за формиране на мощни импулси на електрически ток (главно като превключващи устройства в модулатори на предаватели на радарни станции).
Искров разряд - - нестационарен електрически разряд в газ, който възниква в електрическо поле при налягане на газа до няколко атмосфери. Искровият разряд има формата на лъч от ярки зигзагообразни канали. искра, една от формите на електрически разряд в газове; обикновено възниква при налягания от порядъка на атмосферното и е придружено от характерен звуков ефект - "пукането" на искра. В естествени условия И. най-често се наблюдава под формата на светкавица
ПРИЛОЖЕНИЕ НА ИСКРОВИЯ РАЗРЯД: I. r. намери различни технически приложения. С негова помощ се инициират експлозии и горивни процеси, измерват се високи напрежения; използва се в спектроскопски анализ, в превключватели на електрически вериги, за високопрецизна обработка на метали. Основава се на специфичния ефект на искров разряд върху материала. Позволява да се получат продукти с висока точност и ниска повърхностна грапавост Молив Electrospark. Схема Преносим електрически искров дефектоскоп
Дъговият разряд е независим разряд в газ, който възниква при относително ниско напрежение и висока плътност на тока. Основната причина за дъговия разряд е интензивното термично излъчване на горещ катод. ПРИЛОЖЕНИЕ Електрическата дъга е един от видовете независим дъгов разряд в газ, при който разрядните явления са концентрирани в тясна, ярко светеща плазмена нишка. При хоризонтално разположение на електродите този шнур под действието на възходящи потоци на газ, нагрят от разряда, придобива формата на дъга.
СВЕТЛИНИТЕ НА СВ. ЕЛМО СВЕТЛИНИТЕ НА СВ. ЕЛМО (форма на коронен разряд), електрически разряди в атмосферата под формата на светещи пискюли, понякога наблюдавани в острите краища на високи обекти, извисяващи се над земната повърхност. Е. о. образувани при напрежение електрическо полев атмосферата близо до върха достига стойност от порядъка на 500 v/m и по-висока, което най-често се случва по време на гръмотевична буря или при приближаването й, а през зимата при снежни бури. Според физическата природа на E. o. са специална форма на коронен разряд. Коронен разряд Коронен разряд - електрическа корона; възниква при изразена нехомогенност на електрическото поле в близост до електродите. Подобни полета се образуват при електроди с много голяма кривина на повърхността (точки, тънки нишки). При К. р. тези електроди са заобиколени от характерно сияние, наричано още корона. Корона често се появява на високи заострени предмети около проводниците на електропроводите.
ПРИЛОЖЕНИЕ НА КОРОННИЯ РАЗРЯД: В К. р. електрическата енергия се преобразува главно в топлинна - при сблъсъци йоните отдават енергията на своето движение на неутралните газови молекули. Този механизъм причинява значителни загуби на енергия при преносни линии с високо напрежение. Полезно приложение To. намира се в електрически филтри, електрическо боядисване (особено за прахово боядисване). Електрически филтър, апарат за отстраняване на суспендирани течни или твърди частици от промишлени газове чрез йонизиране на тези частици, когато газът преминава през областта на коронния разряд и последващо отлагане върху електродите
Използването на газове в технологиите
Цел: Изучаване на свойствата на газовете и тяхното приложение в технологиите
образователни: формиране на рефлексия, навика да се помагат и подкрепят взаимно при изпълнение, съвестно отношение към изпълняваната задача;
развиващи: развитието на речта, паметта, вниманието, интереса към темата, способността за работа с физически устройства, с учебник, допълнителна литература, способността да се подчертае основното, да се прилагат знанията на практика.
По време на часовете
орг. момент Проверка на домашното (тест) Организация на работата на учениците в групи Изпълнение на групи Домашна работа - параграф 4.8
I опция
1. Количеството на веществото се измерва в:
А. Молекули
Б. атоми
Ж. килограми
E. kg/mol
2. Моларната маса е:
А. маса на материята
Б. масата на един мол вещество
Б. относително молекулно тегло
D. маса на една молекула (един атом)
Г. количество вещество
Д. 1/12 от масата на въглероден атом
3. Константата на Авогадро е числено равна на:
4. Графикът на изотермичния процес е:
А. парабола
Б. прав
Б. прекъсната линия
Ж. кубична парабола
Г. хипербола
Д. елипса
5. Законът на Гей-Лусак е математически написан, както следва:
6. Количеството вещество е равно на съотношението:
Ж. маса на веществото към моларна маса
7. Постоянната стойност в уравнението на Клапейрон се нарича:
А. константа Авогадро
B. Константа на Болцман
Б. универсална газова константа
Ж. абсолютна температура
Г. количество вещество
E. моларна маса
8. С изотермичен процес:
9. С изобарно нагряване:
D. температурата се повишава и налягането намалява
10. При изотермична компресия:
V. обемът се увеличава и налягането намалява
II вариант
1. Моларната маса се измерва в:
А. Молекули
Б. атоми
Ж. килограми
E. kg/mol
2. Законът на Чарлз е математически написан, както следва:
3. Графиката на изохорния процес е:
А. парабола
Б. прав
Б. прекъсната линия
Ж. кубична парабола
Г. хипербола
Д. елипса
4. Константата на Болцман е числено равна на:
5. Абсолютната температура се измерва в: А. градуси по Фаренхайт
Б. градуси по Целзий
V. степени Réaumur
Г. Келвинах
Д. термометри
6. Константата на Авогадро е:
А. масата на един мол вещество
Б. броят на молекулите в единица обем на веществото
Б. броят на молекулите в един мол вещество
Г. универсална газова константа
Г. съотношението на масата на веществото към неговата моларна маса
Д. съотношението на броя на молекулите на дадено вещество към броя на молекулите в един мол на веществото
7. Количеството вещество е равно на съотношението:
А. Маса на молекула (атом) към моларна маса
б. моларна масакъм константата на Авогадро
Б. масата на веществото към относителното молекулно тегло
Ж. броят на молекулите (атомите) спрямо константата на Авогадро
Г. брой молекули (атоми) към моларна маса
E. масата на молекула (атом) спрямо константата на Авогадро
8. С изобарен процес:
А. с увеличаване на налягането обемът намалява
Б. с увеличаване на налягането обемът се увеличава
Б. налягането и обемът не се променят
G. когато налягането намалява, обемът намалява
D. с повишаване на температурата обемът се увеличава
Д. с увеличаване на обема температурата намалява
9. С изохорно охлаждане:
А. налягането и температурата са непроменени
Б. температурата се повишава и налягането се повишава
Б. температурата е постоянна, а налягането нараства
G. обемът се увеличава, но налягането остава непроменено
D. температурата и налягането намаляват
Д. обемът и температурата са непроменени
10. С изотермично разширение:
А. Температурата е постоянна, а налягането намалява
Б. температурата е постоянна, а налягането нараства
B. температурата се повишава и налягането намалява
D. намаляване на обема и налягането
D. намаляване на обема и температурата
E. налягането и температурата са непроменени.
Правилни отговори:
Вариант I – B B E D D D C A D B
Вариант II – E G B D D C D E Y A
Критерии за оценка на резултатите от тестова задача:
9-10 е правилно - "5"
8 е правилно - "4"
6-7 е правилно - "3"
< 6 верно – «2»
За слабите ученици се предлага физическа диктовка
P*V=const - формула _______ на процеса Графиката на изобарния процес е _______ При изохоричен процес с намаляване на температурата налягането е ________ Според закона на Гей-Лусак с увеличаване на обема налягането е _________ V /T=const е формулата на закона _________ Според закона на Бойл-Мариот постоянната стойност е _________ Изобарно нагряване - при повишаване на температурата и налягането ________ От трите графики - изобари, изотерми, изохори, хиперболата е _______ При изотермично компресиране температурата е постоянна, а налягането _______ При изобарния процес постоянната стойност е _______
Класът е разделен на групи, според дадените материали учениците подготвят клъстер и го защитават.
Свойства на газовете
Газ (газообразно състояние) (от нидерландски. gas, се връща към други гръцки. hpt) - едно от четирите агрегатни състояния на материята, характеризиращо се с много слаби връзки между съставните му частици (молекули, атоми или йони), както и тяхната висока мобилност. Газовите частици се движат почти свободно и хаотично в интервалите между сблъсъци, по време на които има рязка промяна в характера на тяхното движение. Терминът "газ" може да се определи и като вещество, чиято температура е равна или надвишава критичната точка, при такава температура компресията на газа не води до образуване на течност. Това е разликата между газ и пара. Когато налягането се повиши, наситената пара частично се превръща в течност, а газът не.
Газообразното състояние на вещество при условия, при които съществува стабилна течна или твърда фаза на същото вещество, обикновено се нарича пара.
Подобно на течностите, газовете са течни и се съпротивляват на деформация. За разлика от течностите, газовете нямат фиксиран обем и не образуват свободна повърхност, а се стремят да запълнят целия наличен обем (например съд).
Газообразното състояние е най-често срещаното състояние на материята във Вселената (междузвездна материя, мъглявини, звезди, планетарни атмосфери и др.). от химични свойствагазовете и техните смеси са много разнообразни - от нискоактивни инертни газове до експлозивни газови смеси. Понятието "газ" понякога се разширява не само към агрегати от атоми и молекули, но и към агрегати от други частици - фотони, електрони, браунови частици, а също и плазма.
Най-важната характеристика на топлинното движение на газовите молекули е безпорядъкът (хаотичното) движение. Брауновото движение също е експериментално доказателство за непрекъснатия характер на движението на молекулите.
Дифузията е явлението на спонтанно проникване на молекули от едно вещество в друго. В резултат на взаимната дифузия на веществата концентрацията им постепенно се изравнява във всички области на обема, зает от тях. Установено е, че скоростта на процеса на дифузия зависи от вида на веществата и температурата.
Едно от най-интересните явления, потвърждаващи случайността на движението на молекулите, е брауновото движение, което се проявява под формата на топлинно движение на микроскопични частици от вещество, които са суспендирани в газ. Това явление е наблюдавано за първи път през 1827 г. от Р. Браун, от чието име е получило името си. Случайността на движението на такива частици се обяснява със случайния характер на прехвърлянето на импулси от газови молекули към частица от различни посоки. Брауновото движение е толкова по-забележимо, колкото по-малка е частицата и колкото по-висока е температурата на системата. Зависимостта от температурата показва, че скоростта на хаотичното движение на молекулите нараства с повишаване на температурата, поради което се нарича топлинно движение.
газ като
Амортисьорът може безопасно да се нарече най-важният компонент на окачването на всеки автомобил. Без този малък възел шофирането би било просто непоносимо поради непрекъснатото вертикално люлеене на каросерията на автомобила. Автомобилният амортисьор играе ролята на вид амортисьор, амортизиращ вибрациите на пружини, пружини или торсионни пръти. Масата на каросерията на автомобила се разпределя към пружините на окачването по такъв начин, че последните постоянно се компресират с определена стойност, в зависимост от теглото на автомобила и твърдостта на пружините. Така всяко колело на автомобила има способността да се движи както нагоре, така и надолу спрямо каросерията. Благодарение на това се постига постоянен контакт на всяко колело с пътната настилка, независимо дали колелото попада в неравност или дупка. Но ако нямаше амортисьор, тогава контактът с пътя не би бил постоянен поради вибрациите на пружините. Много хора вероятно са запознати с усещанията, когато колелата на колата започват да подскачат при най-малката неравност и дори при скорост от 30 км / ч се наблюдава влошаване на контрола върху колата. Такива симптоми говорят само за неуспешен амортисьор. От гореизложеното може да се разбере, че амортисьорът служи за потискане на прекомерните вибрации на пружините и осигуряване на постоянен контакт на колелата с пътната настилка. Разновидности на амортисьори Ако попитате който и да е шофьор какви видове амортисьори познава, отговорът ще бъде нещо подобно: масло, газ-масло и газ. И това е фундаментално погрешно, тъй като абсолютно всички автомобилни амортисьори съдържат масло или друга течност (повече за това по-късно). По-правилно амортисьорите могат да бъдат разделени на маслени и газови. И ако не докосвате всички видове пневматични и регулируеми окачвания, тогава има едно- и двутръбни амортисьори. Двутръбен маслен (хидравличен) амортисьор Хидравличният двутръбен амортисьор е най-простият, най-евтиният и, за съжаление, най-нестабилният. Двутръбният амортисьор се състои от следните компоненти: цилиндрично тяло (резервоар); работен цилиндър; клапан с директен ход (компресия), вграден в работния цилиндър; бутало; клапан за обратен ход (отскок), вграден в буталото; наличност; корпус. Работният цилиндър се намира в корпуса на амортисьора, който служи и като резервоар и се пълни с определено количество масло. Буталото е свързано с пръта и се намира в работния цилиндър. Принципът на работа на такъв амортисьор е много прост. Когато работи на компресия, буталото с пръта се движи надолу и измества маслото през предния ходов клапан от работния цилиндър в тялото на амортисьора. В този случай въздухът, който е в горната част на резервоара, се компресира малко. При отскачане буталото се движи в обратна посока и през обратния клапан заобикаля маслото от корпуса към работния цилиндър. Хидравличният амортисьор има редица сериозни недостатъци. Основният недостатък е топлината. Както знаете, изчезването на една енергия води до появата на друга, а в амортисьора - компенсираните вибрации на пружината се превръщат в и маслото се нагрява съответно. Поради двутръбния дизайн и сравнително малкия обем, маслото се загрява бързо, но се охлажда лошо. Този проблем автоматично генерира следващия - разпенване на масло. Няма начин да се борим с това, но опитни автомобилисти много често се опитват да се отърват от аерацията, като напълнят нов амортисьор с масло, което се нарича „до очните ябълки“.
Газта като работна течност на двигателите
Работна топлина - в топлотехниката и термодинамиката, условно незаменимо материално тяло, което се разширява при подаване на топлина към него и се свива при охлаждане и при движение на работното тяло на топлинен двигател. В теоретичните разработки работният флуид обикновено има свойствата на идеален газ.
На практика работният флуид на топлинните двигатели е продуктите от изгарянето на въглеводородни горива (бензин, дизелово гориво и др.) или водна пара, които имат високи термодинамични параметри (първоначални: температура, налягане, скорост и др.)
Хладилните машини използват фреони, хелий,
ТЕРМИЧЕН ДВИГАТЕЛ, машина за преобразуване на топлинната енергия в механична работа. В топлинен двигател газът се разширява, което притиска буталото, което го кара да се движи, или върху лопатките на турбинното колело, което му казва да се върти. Примери за бутални двигатели са парни двигатели и двигатели с вътрешно горене (и дизелови). Двигателните турбини са газови (например в авиационни турбореактивни двигатели) и парни.
В буталните топлинни двигатели горещият газ се разширява в цилиндъра, движи буталото и по този начин извършва механична работа. За преобразуване на праволинейното възвратно-постъпателно движение на буталото във вал обикновено се използва колянов механизъм.
В двигателите с външно горене (например в парните двигатели) работната течност се нагрява чрез изгаряне на гориво извън двигателя и газ (пара) се подава в цилиндъра при висока температура и налягане. Газът, разширявайки се и движейки буталото, се охлажда и налягането му пада до близко до атмосферното. Този отработен газ се отстранява от цилиндъра и след това в него се подава нова порция газ - или след като буталото се върне в първоначалното си положение (при двигатели с едно действие - с едностранен вход), или от обратната страна на буталото (при двигатели с двойно действие). В последния случай буталото се връща в първоначалното си положение под действието на разширяваща се нова порция газ, а при двигатели с едно действие буталото се връща в първоначалното си положение чрез маховик, монтиран на коляновия вал. При двигателите с двойно действие за всеки оборот на вала има два работни хода, а при двигателите с едно действие - само един; следователно първите двигатели са два пъти по-мощни със същите размери и скорости.
При двигателите с вътрешно горене горещият газ, който движи буталото, се получава чрез изгаряне на смес от гориво и въздух директно в цилиндъра.
За подаване на свежи порции работна течност и отработени газове в двигателите се използва система от клапани. Подаването и изпускането на газ се извършват при строго определени позиции на буталото, което се осигурява от специален механизъм, който контролира работата на всмукателните и изпускателните клапани.
разредени газове
Дължината на свободния път на молекулите е обратно пропорционална на налягането на газа. При разреждане на газа той естествено се увеличава, достигайки например 1 cm при налягане 0,009 mm Hg. Изкуство. и няколко километра при силно разреждане (високо). При тези условия, когато средната дължина на пътя стане много по-голяма от размера на съда, сблъсъци между газовите молекули се случват сравнително рядко и всяка дадена молекула лети от едната стена на съда до другата, в по-голямата си част без сблъсъци с други молекули. В резултат на това свойства като вискозитет, дифузия, топлопроводимост, които зависят главно от междумолекулни сблъсъци, се променят значително. Много силно намаляване на топлопроводимостта на газовете при високо разреждане се използва практически в термоси, в промишлени и лабораторни съдове на Дюар. Топлоизолацията при тях се постига основно от факта, че съдовете са направени с двойни стени и в пространството между тях се създава висок вакуум.
Шотландският химик Джеймс Дюар (1842-1923). Той подготви голямо количество течен кислород, който съхраняваше в изобретен от него съд, наречен съд на Дюар. Съдът на Дюар е колба с двойни стени, от пространството между които се изпомпва въздух.Топлопроводимостта на разредения газ между стените е толкова малка, че температурата на веществото, поставено в съда, остава постоянна за дълго време. За да забави допълнително процеса на пренос на топлина, Дюар посребри стените на съда (домакинският термос е просто съд на Дюар със запушалка.)
дълбок вакуум
За постигане на дълбок вакуум, например от порядъка на 10-6 mm Hg. чл., използвайте така наречените дифузионни помпи. Има два основни вида дифузионни помпи: живачни и маслени. Биват едностъпални и многостъпални, най-често двустъпални.
Получаване на дълбок вакуум
За постигане на дълбок вакуум, например от порядъка на 10-6 mm Hg. чл., използвайте така наречените дифузионни помпи. Има два основни вида дифузионни помпи: живачни и маслени. Биват едностъпални и многостъпални, най-често двустъпални. Принципът на устройството на двата вида е почти същият.
На фиг. 1 показва диаграма на стъклена дифузионна живачна помпа. Състои се от резервоар 1 с живак, свързан с хладилник 2. Живакът се довежда до кипене чрез нагряване с газова горелка или електрическа пещ. Живачните пари се издигат през тръба 3, навлизат в хладилника, където кондензират и се връщат в резервоара / през тръба 4. Принципът на работа на помпата се основава на факта, че поради частична кондензация на живачни пари вътре в хладилника близо до края на тръба 5, налягането на живачните пари (или друга течност) изглежда намалено. Следователно газът в тръбата 6 дифундира в зоната с понижено налягане и след това тръбата 7 се отвежда към форвакуумната част на инсталацията
При сравнително високо налягане в инсталацията, живачните пари, напускащи тръбата 5, сблъсквайки се с газови молекули, разположени близо до края на тази тръба, се отразяват във всички посоки. В същото време газът в тръба 6 дифундира в настъпващия поток от живачни пари, който все още не е имал време да кондензира. В такива случаи не трябва да се използва живачна дифузионна помпа.
По време на работа на дифузионната помпа е необходимо внимателно да се следи правилното охлаждане на кондензиращата част. Водата трябва да се подаде в хладилника преди да започне нагряването на пещта под резервоара с живак и да се изключи, след като живакът спре да кипи. Отоплението на помпата обаче трябва да се включва само след като вече е създаден преден вакуум.
При неизправност на инсталацията отоплението на живачната помпа трябва незабавно да се изключи и да не се предприема нищо за отстраняване на грешката или аварията, докато не изстине напълно. Причините за аварията могат да бъдат: прегряване на хладилника в резултат на спиране или забавяне на потока на водата, повреда на хладилника поради повишен поток на вода през горещ уред. Ако налягането в инсталацията се повиши, живакът ще спре да кипи и температурата му ще започне да се повишава. Авария може да възникне и при внезапно кипене на прегрят живак.
За получаване на вакуум от порядъка на 10-6 mm Hg. Изкуство. необходимо е да се монтират две едностъпални помпи или една двустъпална помпа последователно.
На фиг. 2 показва двустепенна маслена високовакуумна дифузионна помпа с вътрешно електрическо отопление. Маслото трябва да се излива в него не повече от 60-70 cm3. Трябва да се внимава нагревателната намотка да е напълно покрита с дифузионен минерален слой с дебелина до 2 мм. Твърде много масло може да попречи на нормалната работа, тъй като причинява забавено кипене. След около 15 минути загряване, дифузионната помпа започва да работи. Ако искаш; изключете помпата, първо изключете електрическото отопление, оставете маслото да се охлади до приблизително 400C и едва след това изключете охлаждането и проветрете помпата.
Дифузионното масло трябва да се заменя от време на време с прясно масло. Годността на дифузионното масло може да се съди по цвета му: силно оцветеното масло е неподходящо за работа.
Ориз. 1. Стъклена живачна дифузионна помпа
Ориз. 2Стъклена маслена двустепенна дифузионна помпа с висок вакуум.
След отстраняване на маслото от инструмента вътрешността на помпата се промива с въглероден тетрахлорид. Преди да напълните помпата с масло, всички остатъци от разтворител трябва да бъдат напълно отстранени.
Пневматично задвижване
газови системи пневматични системи пневматика.
Пневматично задвижване
естествена конвекция
затворени клетки
предварително компресиран газ тираж (затворено) и нециркулиращи
Към първото направление
Второ направление
трето направление
въздушно течение
Инженерните изчисления на пневматичните системи се свеждат до определяне на скоростите и дебита на въздуха по време на пълнене и изпразване на резервоари (работни камери на двигателя), както и с неговия поток през тръбопроводи чрез местни съпротивления. Поради свиваемостта на въздуха, тези изчисления са много по-сложни от тези на хидравличните системи и се извършват изцяло само за особено критични случаи. Пълно описание на процесите на въздушния поток може да се намери в специални курсове по газова динамика.
Основните модели на потока въздух (газ) са същите като при течностите, т.е. заеми място ламинарени буренрежими на потока, постоянен и нестационарен характер на потока, равномерен и неравномерен поток поради променливото напречно сечение на тръбопровода и всички други кинематични и динамични характеристики на потоците. Поради ниския вискозитет на въздуха и относително високите скорости, режимът на потока в повечето случаи е турбулентен.
За индустриалните пневматични задвижващи механизми е достатъчно да се знаят закономерностите на установения характер на въздушния поток. В зависимост от интензивността на топлообмен с околната среда, параметрите на въздуха се изчисляват, като се вземе предвид вида на термодинамичния процес, който може да бъде от изотермичен (с пълен топлообмен и изпълнение на условието T= const) до адиабатен (без пренос на топлина).
При високи скорости на задвижващи механизми и газов поток през съпротивления, процесът на компресия се счита за адиабатичен с адиабатния показател к= 1,4. В практическите изчисления адиабатният показател се заменя с политропния показател (обикновено се приема н= 1,3…1,35), което позволява да се вземат предвид загубите от триене на въздуха и възможен пренос на топлина.
В реални условия между въздуха и частите на системата неизбежно възниква известен топлообмен и се осъществява така наречената политропна промяна в състоянието на въздуха. Цялата гама от реални процеси се описва с уравненията на това състояние
pV n= конст
където н- политропен индекс, вариращ от н= 1 (изотермичен процес) до н= 1,4 (адиабатен процес).
Изчисляването на въздушния поток се основава на добре известното уравнение на Бернули за движение на идеален газ
Членовете на уравнението се изразяват в единици налягане, поради което често се наричат "налягания":
z - тегловно налягане;
p - статично налягане;
- високоскоростен или динамичен натиск.
На практика налягането на теглото често се пренебрегва и уравнението на Бернули приема следната форма
Сумата от статичното и динамичното налягане се нарича общо налягане. P0. Така получаваме
При изчисляване на газови системи е необходимо да се имат предвид две основни разлики от изчисляването на хидравличните системи.
Първата разлика е, че не се определя обемният въздушен поток, а масовият. Това ви позволява да обедините и сравните параметрите на различни елементи на пневматични системи за стандартен въздух (ρ = 1,25 kg/m3, υ = 14,9 m2/s при стр= 101,3 kPa и T= 20°C). В този случай уравнението на разходите се записва като
Q m1 = Q m2или υ 1 V 1 S 1= υ 2 V 2 S 2
Втората разлика е, че при свръхзвукови скорости на въздушния поток естеството на зависимостта на скоростта на потока от спада на налягането върху съпротивлението се променя. В тази връзка съществуват понятия за субкритичен и суперкритичен режим на въздушния поток. Значението на тези термини е обяснено по-долу.
Помислете за изтичането на газ от резервоар през малък отвор, като същевременно поддържате постоянно налягане в резервоара (фиг. 11.1). Ще приемем, че размерите на резервоара са толкова големи в сравнение с размерите на изхода, че можем напълно да пренебрегнем скоростта на газа вътре в резервоара и, следователно, налягането, температурата и плътността на газа вътре в резервоара ще има ценностите p0, ρ 0 и T0.
Фиг.11.1. Изтичане на газ от дупка в тънка стена
Скоростта на изтичане на газ може да се определи от формулата за изтичане на несвиваема течност, т.е.
Масовият дебит на газа, преминаващ през отвора, се определя от формулата
където ω 0 е площта на напречното сечение на отвора.
Поведение p/p 0се нарича степента на разширение на газа. Анализът на формула (11.7) показва, че изразът под корена в квадратни скоби изчезва, когато p/p 0= 1 и p/ p 0= 0. Това означава, че при определена стойност на отношението на налягането масовият поток достига максимум Qmax. Графика на газовия масов поток спрямо съотношението на налягането p/p 0показано на фигура 11.2.
Фиг.11.2. Зависимостта на масовия дебит на газа от съотношението на наляганията
Коефициент на налягане p/p 0, при което масовият поток достига максималната си стойност, се нарича критичен. Може да се покаже, че съотношението на критичното налягане е
Както се вижда от графиката, показана на фиг. 11.2, с намаление p/p 0в сравнение с критичния дебит трябва да намалее (пунктирана линия) и при p/p 0= 0 стойността на потока трябва да е равна на нула ( Qm= 0). Това обаче всъщност не се случва.
Всъщност с дадените параметри p0, ρ 0 и T0скоростта на потока и скоростта на изтичане ще се увеличат с намаляване на налягането извън резервоара стрдокато това налягане е по-малко от критичното налягане. Когато налягането p достигне критична стойност, скоростта на потока става максимална, а скоростта на изтичане достига критична стойност, равна на локалната скорост на звука. Критичната скорост се определя по добре познатата формула
След като скоростта достигне скоростта на звука на изхода на отвора, следва допълнително намаляване на обратното налягане стрне може да доведе до увеличаване на скоростта на изтичане, тъй като според теорията за разпространение на малки смущения вътрешният обем на резервоара ще стане недостъпен за външни смущения: той ще бъде "затворен" от потока със скорост на звука. Всички външни малки смущения не могат да проникнат в резервоара, тъй като те ще бъдат предотвратени от поток със същата скорост като скоростта на разпространение на смущенията. В този случай дебитът няма да се промени, оставайки максимален, а кривата на дебита ще приеме формата на хоризонтална линия.
По този начин има две зони на потока (региони):
подкритичен режим, при което
суперкритичен режим, при което
В свръхкритичната зона има максимална скорост и дебит, съответстващи на критичното разширение на газа. Въз основа на това, при определяне на дебита на въздуха, режимът на изтичане (зоната) се определя предварително от спада на налягането и след това дебита. Загубите от триене на въздуха се вземат предвид от коефициента на потока μ, който може да се изчисли с достатъчна точност по формулите за несвиваема течност (μ = 0,1 ... 0,6).
И накрая, скоростта и максималния масов поток в подкритичната зона, като се вземе предвид компресията на струята, се определят по формулите
Подготовка на сгъстен въздух
В промишлеността се използват различни конструкции на машини за подаване на въздух под общото наименование духалки. При създаване на свръхналягане до 0,015 MPa те се наричат фенове, и при налягане над 0,115 MPa - компресори.
Вентилаторите принадлежат към лопатковите машини с динамично действие и в допълнение към основната им цел - вентилация - те се използват в пневматични транспортни системи и пневматични системи за автоматизация с ниско налягане.
В пневматичните задвижващи механизми компресорите с работно налягане в диапазона от 0,4 ... 1,0 MPa служат като източник на енергия. Те могат да бъдат с обемно (обикновено бутало) или динамично (лопатка) действие. Теорията на работата на компресорите се изучава в специални дисциплини.
Според вида на източника и начина на доставяне на пневмоенергия биват основен, компресори акумулаторнапневматично задвижване.
Багажникпневматичното задвижване се характеризира с широка мрежа от стационарни пневматични линии, свързващи компресорната станция с цех, местни потребители в рамките на едно или няколко предприятия. Компресорната станция е оборудвана с няколко компресорни линии, които осигуряват гарантирана доставка на сгъстен въздух на потребителите, като се има предвид възможната неравномерна работа на последните. Това се постига чрез инсталиране на междинни пневматични акумулатори на енергия (приемници) както в самата станция, така и в обектите. Пневматичните тръбопроводи обикновено са запазени, което осигурява удобството на тяхната поддръжка и ремонт. Типичен набор от устройства, включени в системата за подготовка на въздуха, е показан на принципната схема на компресорната станция (фиг. 11.3).
Фиг.11.3. Принципна схема на компресорна станция
Компресор 2 със задвижващ двигател 3 засмуква въздух от атмосферата през всмукателния филтър 1 и го изпомпва в приемника 7 през възвратния клапан 4, охладителя 5 и филтъра-изсушител 6. В резултат на охлаждането на въздуха с воден охладител 5 , 70-80% от влагата, съдържаща се във въздуха, се кондензира. Въздухът, уловен от филтъра-влагоотделител и със 100% относителна влажност, влиза в приемника 7, който акумулира пневмоенергия и изглажда пулсациите на налягането. Той допълнително охлажда въздуха и кондензира определено количество влага, която, докато се натрупва, се отстранява заедно с механичните примеси през клапан 10. Ресиверът е задължително оборудван с един или повече предпазни клапани 8 и манометър 9. Въздухът се изпуска от приемника към пневматични линии 12 през кранове 11. клапан 4 елиминира възможността за рязък спад на налягането в пневматичната мрежа, когато компресорът е изключен.
Пневматично задвижване на компресорасе отличава от гореописания гръбнак по своята мобилност и ограничен брой едновременно работещи консуматори. Мобилните компресори намират най-широко приложение при различни видове строителни и ремонтни дейности. Съгласно набора от устройства, включени в системата за подготовка на въздуха, тя практически не се различава от описаната по-горе компресорна станция (водният охладител се заменя с въздушен охладител). Подаването на въздух към потребителите се осъществява чрез гумено-тъканни ръкави.
Батериен пневматичен актуаторпоради ограниченото предлагане на сгъстен въздух в промишлеността, той се използва рядко, но се използва широко в автономни системи за управление на механизми със зададена продължителност на действие. Фигура 11.4 показва няколко примера на пневматични системи, захранвани от батерии.
За непрекъснато подаване на течност към хидравличната система или гориво към двигателите с вътрешно горене на устройства с променлива ориентация в пространството се използва херметизиране на резервоара за течност (фиг. 11.4, а) от пневмоцилиндър 1.
Изместването на течността от резервоар 5, разделен от мембрана на две части, се осигурява с постоянно налягане на въздуха, в зависимост от настройката на редуцирния клапан 3, когато електрическият вентил 2 е включен. Ограничаващото налягане се ограничава от клапана 4.
Системата за управление на ориентацията на самолета (фиг. 11.4, b) се състои от управляващи реактивни въздушни двигатели 4, задвижвани от сферични въздушни мехове 1 чрез редуцир на налягането 2 и електрически клапани 3.
Фиг.11.4. Схематични диаграми на захранването на батерията
пневматични системи (a, b, c) и затворена пневматична система (d)
За захранване на промишлени пневматични системи за автоматизация често се използва не само средният (нормален) диапазон на въздушното налягане (0,118 ... 0,175 MPa), но и ниският диапазон (0,0012 ... 0,005 MPa). Това ви позволява да намалите консумацията на сгъстен въздух, да увеличите площта на потока на елементите и следователно да намалите вероятността от запушване на дроселиращите устройства и в някои случаи да получите режим на ламинарен въздушен поток с линейна връзка Q = f(Δ стр), което е много важно в устройствата за пневматична автоматизация.
При наличие на източник на високо налягане е възможно да се осигури захранване на пневматична система с ниско налягане с голям въздушен поток с помощта на ежектор (фиг. 11.4, c). От въздушния цилиндър за високо налягане 1, снабден с редукционен клапан 4, манометър 2 и зареждащ клапан 3, въздухът навлиза в захранващата дюза 5 на ежектора. В този случай се създава понижено налягане вътре в корпуса на ежектора и от околен святвъздухът се засмуква през филтъра 6, който влиза в приемната дюза 7 с по-голям диаметър. След ежектора въздухът отново се почиства от прах от филтъра 8 и постъпва в устройствата 10 на пневматичната автоматизация. Манометърът 9 контролира работното налягане, чиято стойност може да се регулира от редуктора 4.
Всички горепосочени пневматични системи са отворени (нециркулационни). Фигура 11.4, d показва захранване със затворена верига за пневматичната система за автоматизация, използвана в прашна атмосфера. Подаването на въздух към пневмоавтоматичния блок 3 се осъществява от вентилатора 1 през филтъра 2, а смукателният канал на вентилатора е свързан към вътрешната кухина на херметичния корпус на блока 3, който едновременно комуникира с атмосферата през фин филтър 4. Често домакинските електрически прахосмукачки се използват като вентилатор, способен да създава налягане до 0,002 MPa.
Въздухът, подаван на потребителите, трябва да бъде почистен от механични примеси и да съдържа минимум влага. За тази цел се използват филтърно-влагоотделители, в които плат, картон, филц, металокерамика и други порести материали с финост на филтриране от 5 до 60 микрона обикновено се използват като филтърен елемент. За по-дълбоко изсушаване на въздуха той преминава през адсорбенти, които абсорбират влагата. Най-често за това се използва силикагел. В конвенционалните пневматични задвижващи механизми приемниците и филтрите-сепаратори на влага осигуряват достатъчно изсушаване, но в същото време трябва да се придадат смазочни свойства на въздуха, за което се използват маслени пулверизатори с фитил или ежектор.
Фиг.11.5. Типичен агрегат за подготовка на въздуха:
а - принципна диаграма; b - символ
Фигура 11.5 показва типичен агрегат за подготовка на въздуха, състоящ се от филтър-изсушител 1, редуцир на налягането 2 и разпръсквач за масло 3.
Въздухът, влизащ във филтърния вход, получава въртеливо движение поради неподвижното работно колело Kp. Чрез центробежна сила частици от влага и механични примеси се изхвърлят към стената на прозрачния корпус и се утаяват в долната му част, откъдето се отстраняват през изпускателния клапан, ако е необходимо. Вторичното пречистване на въздуха се извършва в порестия филтър Ф, след което той постъпва във входа на скоростната кутия, където се дроселира през хлабината на клапана кл, чиято стойност зависи от изходното налягане над мембраната М. Увеличаване на силата на пружината Посигурява увеличен хлабина на клапана кли следователно налягане на изхода. Тялото на пръскачката за масло 3 е направено прозрачно и напълнено със смазочно масло през щепсела. Налягането, създадено върху повърхността на маслото, го изтласква навън през тръбата Tдо дюзата ОТкъдето маслото се изхвърля и разпръсква от въздушния поток. Във фитилни маслени пръскачки вместо тръба Tмонтиран е фитил, през който маслото влиза в дюзата за пръскане поради капилярния ефект.
Библиография
Пневматично задвижване
Главна информацияотносно използването на газове в технологиите
Всеки обект, в който се използва газообразно вещество, може да бъде приписан газови системи. Тъй като най-достъпният газ е въздухът, който се състои от смес от много газове, широкото му използване за различни процеси се дължи на самата природа. В превод от гръцки pneumatikos - въздушен, което обяснява етимологичния произход на името пневматични системи. Техническата литература често използва по-краткия термин - пневматика.
Пневматичните устройства започват да се използват в древни времена (вятърни турбини, музикални инструменти, мехове и др.), Но най-широко разпространени са в резултат на създаването на надеждни източници на пневматична енергия - вентилатори, способни да дадат на газовете необходимия запас от потенциал и (или) кинетична енергия.
Пневматично задвижване, състоящ се от комплекс от устройства за задвижване на машини и механизми, далеч не е единствената посока за използване на въздуха (в общия случай газ) в техниката и човешкия живот. В подкрепа на тази разпоредба ще разгледаме накратко основните видове пневматични системи, които се различават както по предназначение, така и по метода на използване на газообразно вещество.
Според наличието и причината за движение на газовете всички системи могат да бъдат разделени на три групи.
Първата група включва системи с естествена конвекция (циркулация) на газ (най-често въздух), където движението и посоката му се определят от градиенти на температура и плътност от естествен характер, например атмосферната обвивка на планетата, вентилационни системи на помещения, минни изработки, газопроводи, и т.н.
Втората група включва системи с затворени клетки , без връзка с атмосферата, в която състоянието на газа може да се промени поради промени в температурата, обема на камерата, налягане или засмукване на газ. Те включват различни резервоари за съхранение (цилиндри за въздух), пневматични спирачни устройства (пневмо буфери), всички видове еластични надуваеми устройства, пневмохидравлични системи на резервоари за гориво на самолети и много други. Пример за устройства, използващи вакуум в затворена камера, могат да бъдат пневматичните хващачи (пневматични вендузи), които са най-ефективни за преместване на листови продукти (хартия, метал, пластмаса и др.) в автоматизирано и роботизирано производство.
Третата група трябва да включва такива системи, при които се използва енергия предварително компресиран газ за извършване на различни работи. В такива системи газът се движи по тръбопроводите с относително висока скорост и има значителен енергиен резерв. Те могат да бъдат тираж (затворено) и нециркулиращи . В циркулационните системи отработените газове се връщат през тръбопроводите към компресора за повторна употреба (както при хидравлично задвижване). Използването на системите е много специфично, например когато изтичането на газ в околното пространство е недопустимо или не може да се използва въздух поради окислителните му свойства. Примери за такива системи могат да бъдат намерени в криогенната технология, където като енергиен носител се използват агресивни, токсични газове или летливи течности (амоняк, пропан, сероводород, хелий, фреони и др.).
В нециркулационни системи газът може да се използва от потребителя като химически реагент (например в заваръчно производство, в химическа индустрия) или като източник на пневматична енергия. В последния случай въздухът обикновено се използва като енергиен носител. Има три основни области на приложение на сгъстения въздух.
Към първото направлениевключват технологични процеси, при които въздухът директно извършва операциите на продухване, сушене, пръскане, охлаждане, вентилация, почистване и др. Пневматичните транспортни системи чрез тръбопроводи станаха много разпространени, особено в леката, хранително-вкусовата и минната промишленост. Частичните и бучките се транспортират в специални съдове (капсули), а прахообразните материали, смесени с въздух, се движат на сравнително големи разстояния подобно на течните вещества.
Второ направление- използването на сгъстен въздух в пневматични системи за управление (PSU) за автоматично управление на технологични процеси (пневматични системи за автоматизация). Тази посока се развива интензивно от 60-те години на миналия век благодарение на създаването на универсална система от промишлени пневматични елементи за автоматизация (USEPPA). Широка гама от USEPPA (пневматични сензори, превключватели, преобразуватели, релета, логически елементи, усилватели, струйни устройства, командни устройства и др.) Ви позволява да реализирате на негова основа релейни, аналогови и аналогово-релейни вериги, които са близки по своята параметри на електрически системи. Поради високата си надеждност те намират широко приложение за циклично програмно управление на различни машини, роботи в мащабно производство и в системи за управление на движение на подвижни обекти.
трето направлениеприложение на пневматичната енергия, най-голямото по мощност е пневматичното задвижване, което в научно отношение е един от разделите на общата механика на машините. В началото на теорията на пневматичните системи беше I.I. Артоболевски. Той беше ръководител на Института по машиностроене (IMASH) в Ленинград, където под негово ръководство през 40-те и 60-те години беше систематизирана и обобщена натрупаната информация по теория и дизайн на пневматичните системи. Една от първите работи по теорията на пневматичните системи е статия на A.P. Немска "Приложение на сгъстен въздух в минното дело", публикувана през 1933 г., където за първи път се решава движението на работния орган на пневматично устройство заедно с термодинамичното уравнение на състоянието на параметрите на въздуха.
Значителен принос в теорията и практиката на пневматичните задвижващи механизми направиха учените B.N. Бежанов, К.С. Борисенко, И.А. Бухарин, А.И. Вощинин, Е.В. Херц, Г.В. Креини, А.И. Кудрявцев, В.А. Марутов, В.И. Мостков, Ю.А. Цайтлин и др.
Газовете имат редица свойства, които ги правят незаменими в много голям брой технически устройства.
Газов амортисьор. Високата свиваемост и лекотата на газа, възможността за регулиране на налягането го правят един от най-модерните амортисьори, използвани в редица устройства.
Ето как работи автомобилна или велосипедна гума. Когато колелото удари неравност, въздухът в гумата се компресира и тласъкът, получен от оста на колелото, значително се смекчава (фиг. 35). Ако гумата беше твърда, оста щеше да отскочи до височината на неравността.
Газта е работната течност на двигателите.Високата свиваемост и силно изразената зависимост на налягането и обема от температурата правят газа незаменим работен флуид в двигатели със сгъстен газ и топлинни двигатели.
В двигатели, които работят със сгъстен газ, като например въздух, газът се разширява и работи при почти постоянно налягане. Сгъстеният въздух, упражнявайки натиск върху буталото, отваря вратите на автобусите и електрическите влакове. Сгъстеният въздух задвижва буталата на въздушните спирачки на железопътни вагони и камиони. Пневматичният чук и другите пневматични инструменти се задвижват от сгъстен въздух. Дори на космически кораби има малки реактивни двигатели, които работят със сгъстен газ - хелий. Те ориентират кораба по правилния начин.
В двигателите с вътрешно горене на автомобили, трактори, самолети и реактивни двигатели високотемпературните газове се използват като работна течност, която задвижва бутало, турбина или ракета. Когато горимата смес в цилиндъра гори, температурата се повишава рязко до хиляди градуси, налягането върху буталото се увеличава и газът, разширявайки се, извършва работа по дължината на хода на буталото (фиг. 36).
Като работен флуид в топлинните двигатели може да се използва само газ. Нагряването на течност или твърдо вещество до същата температура като газ би причинило само леко движение на буталото.
Всяко огнестрелно оръжие по същество е топлинен двигател. Силата на налягането на газа - продуктите от изгарянето на експлозиви - изтласква куршума от отвора или снаряда от дулото на пистолета. И е важно тази сила да работи по цялата дължина на канала. Следователно скоростите на куршума и снаряда се оказват огромни - стотици метри в секунда.
разредени газове.Възможността за неограничено разширение води до факта, че получаването на газове при много ниско налягане - в състояние на вакуум - е сложна техническа задача. (В състояние на вакуум газовите молекули практически не се сблъскват една с друга, а само със стените на съда)
Конвенционалните бутални помпи стават неефективни поради изтичане на газове между буталото и стените на цилиндъра. С тяхна помощ не е възможно да се получат налягания под десети от милиметъра живак. Необходимо е да се използват сложни устройства за изпомпване на газове. Понастоящем са постигнати налягания от порядъка на Pa mmHg. Изкуство.).
Вакуумът е необходим главно във вакуумни тръби и други електронни устройства. Сблъсъци електрически
заредени частици (електрони) с газови молекули пречат на нормалната работа на тези устройства. Понякога е необходимо да се създаде вакуум в много големи обеми, например в ускорители на елементарни частици.
Вакуумът е необходим и за топене на метали без примеси, създаване на топлоизолация и др.
1. Какво се нарича уравнение на състоянието? 2. Формулирайте уравнението на състоянието за произволна маса на идеален газ. 3. Каква е универсалната газова константа? 4. Как са свързани налягането и обемът на газа в изотермичен процес? 5. Как са свързани обемът и температурата при изобарен процес? 6. Как са свързани налягането и температурата в изохорния процес? 7. Как могат да се осъществят изотермични, изобарни и изохорни процеси? 8. Защо като работен флуид в топлинните двигатели се използват само газове?