Парциальное давление азота

Содержание
  1. Физические принципы
  2. Давление насыщенного водяного пара
  3. Относительная влажность
  4. Температура точки росы
  5. Абсолютная влажность
  6. Удельная влажность
  7. Температура шарика смоченного термометра
  8. Психрометрические диаграммы для применения в приложениях для кондиционирования воздуха
  9. Парциальное давление и объем
  10. Понятие парциального давления
  11. Понятие парциального объема
  12. Дайвинг, газы. Понимание принципов за 10 минут (keynotes)
  13. 1. Механическое воздействие на органы и системы
  14. 2. Насыщение тканей газами
  15. 3. Биохимическое воздействие газов
  16. Кислород
  17. Азот
  18. Гелий и другие газы
  19. Практическое заключение
  20. Влагонакопление, пленки, точка росы… Часть 1
  21. Как все это работает, откуда пар в воздухе
  22. А если у меня на полу нет лужи и комната не герметична (форточка открыта) — откуда в ней вообще возьмется пар?
  23. ладно, пар в воздухе есть. а с чего ему идти в стену, если есть форточка, откуда проблема влагонакопления ограждений?
  24. диффузия газов
  25. Парциальное давление
  26. Парциальное давление газов – определение, формулы и законы
  27. Второстепенные значения
  28. Уравнения Дальтона и Бойля
  29. Свойства веществ
  30. Точки и функции

Физические принципы

Парциальное давление азота

Воздух является смесью различных газов. Сухой воздух состоит из следующих:

Влажный воздух содержит в качестве дополнительного компонента пары воды. Эти пары присутствуют в окружающем воздухе в небольших количествах.

Весовая пропорция паров воды в окружающем воздухе составляет от 0,1 до 2%.

Несмотря на незначительное количество воды, присутствующей в воздухе, тем не менее, от влажности в большой мере зависит самочувствие людей и качество многих технологических процессов.

Закон Дальтона гласит, что сумма всех парциальных давлений pi равно общему давлению смеси газов Pобщ.

Так как все компоненты распределены равномерно по всему объему

Таким образом, решающим является пропорциональный объем газа, а не пропорциональный вес. Например, парциальное давление азота (с пропорциональным объемом 78%) при общем давлении 1013 мбар составляет 790 мбар.

Влажный воздух состоит из сухого воздуха и паро воды. Таким образом:

Парциальное давление водяного пара описывает текущее (моментальное) давление паров воды во влажном воздухе:

Примечание: В соответствии с VDI/VDE GMA, давление пара в дальнейшем будет обозначаться символом е.

Давление насыщенного водяного пара

Давление насыщенного водяного пара Ps (мбар, гПа) описывает максимально возможное давление пара/концентрацию паров воды/парциальное давление водяного пара при определенной температуре. Если давление паров повышается повышается, или понижается температура, образуется конденсат:

Коэффициенты в соответствии с Магнусом (DIN 50010)

Давление насыщенного водяного пара [мбар]

Относительная влажность

Относительная влажность (%ОВ) определяется как отношение между существующим парциальным давлением водяного пара Pw и давлением насыщенного водяного пара Ps при одинаковом давлении воздуха и одинаковой температуре и выражается в процентах. Относительная влажность показывает, сколько процентов от максимально возможного содержание водяного пара присутствует в воздухе в данный момент.

Относительная влажность выражается в процентном значении, в соответствии с этим определением насыщение достигается при 100% ОВ

Применение: Системы кондиционирования, особенно климат в помещениях.

Температура точки росы

Температура точки росы (Ctd) – это температура, при достижении которой пары воды в воздухе начинают конденсироваться, т.е. существующее давление водяного пара Pw равняется давлению насыщенного водяного пара Ps. При падении температуры снижается способность воздуха удерживать пары воды. 

Применение: В процессах мониторинга остаточной влажности (лучшее разрешение, чем при использовании шкалы %ОВ), а так же в чувствительных к выпадению конденсата процессах для мониторинга выпадения конденсата (температура процесса должна быть выше точки росы)

Абсолютная влажность

Абсолютная влажность – это количество воды (г/м3) присутствующее в фиксированном объеме 1м3.

Применение: В процессах осушки, для измерения степени осушения

Удельная влажность

Удельная влажность (г/кг) определяется как отношения массы присутствующей в воздухе воды к массе сухого воздуха.

Применение:  Системы кондиционирования.

Температура шарика смоченного термометра

Температура шарика смоченного термометра все еще является широко используемым параметром, поэтому мы сделали его одним из рассчитываемых параметров для приборов testo 6681/6381/6383.

Температура шарика смоченного термометра обычно определяется при помощи психрометров, которые так же измеряют температуру шарика сухого термометра (температуру процесса).

Классическое устройство психрометра:

Измерительный наконечник смоченного термометра обертывают тканью (как правило, сукном), которое увлажняют дистиллированной водой. Смоченный и сухой термометры помещают в воздушный поток и защищают от теплового излучения.

Из-за испарения воды из ткани, температура смоченного термометра падает.

[attention type=yellow]

Эта температура совместно с температурой сухого термометра является мерой влажности воздуха, которая может быть определена при помощи психрометрических таблиц.

[/attention]

Пример: Температура сухого термометра 22 С, в то время как смоченного – 19С, что составляет психрометрическую разницу 3К. Таким образом, относительная влажность воздуха по таблице составляет 75%.

Применение: кондиционированные камеры/шкафы, традиционные измерительные задачи.

Психрометрические диаграммы для применения в приложениях для кондиционирования воздуха

Психрометрические диаграммы являются компактным представлением параметров воздуха и составляются по отношению к определенному уровню давления (как правило, к атмосферному давлению). Представленная здесь психрометрическая диаграмма показывает различные параметры влажности (относительную влажность, удельную влажность), а так же температуру и их зависимость друг от друга

Использование психрометрической диаграммы на примере «зимнего случая»/»летнего случая»

Зона комфорта (люди чувствуют себя при этой температуре и уровне влажности) находится между 20 и 26 С и 30 и 65 %ОВ (в соответствии и DIN 1964 и ASHARE)

Зимний случай.

Для того чтобы слишком холодный и сухой зимний воздух был приведен к условиям  зоны комфорта, он сначала должен быть нагрет, а затем относительная влажность должна быть повышена, например с помощью адиабатического увлажнителя (воздух при этом охлаждается). Затем воздух снова подогревается и после обогревателя он уже находится в зоне комфорта (см. черные стрелки на диаграмме)

Летний случай.

Для того чтобы слишком теплый и влажный летний воздух был приведен к зоне комфорта, сначала он должен быть охлажден при помощи охладителя. При этом влага из воздуха выпадает в виде конденсата. Затем воздух снова подогревается и после обогревателя он уже находится в зоне комфорта (см. серые стрелки на диаграмме)

Зависимость параметров влажности от температуры и давления

Параметр влажностиЗависим от давленияЗависим от температуры
влаги/пропорциональный объемАтмосферная точка росыУдельная влажностьнетнет
Давление насыщенного водяного паранетда
Точка росы под давлениемданет
Парциальное давление водяного параОтносительная влажностьАбсолютная влажностьдада

Источник: http://climatecontrolsolutions.ru/humidity-transmitters-physical-principles.html

Парциальное давление и объем

Парциальное давление азота

Когда мы имеем дело со смесями газов, важно знать, что они имеют такие характеристики, как парциальный объем и парциальное давление. Для начала определим, что такое смесь идеальных газов.

Определение 1

Смесь идеальных газов – это смесь нескольких газообразных веществ, которые при заданных условиях не будут вступать в определенные химические реакции.

При смене условий (например, повышении температуры, понижении давления) газовая смесь все же может вступать во взаимодействие. Важный параметр любой такой смеси – так называемая весовая концентрация gi i-ного газа-компонента.

Здесь:

  • N – количество газов, из которых состоит смесь;
  • xi i-го газа  – молярная концентрация указанного газа в составе смеси;
  • νi – количество молей i-го газа, присутствующего в смеси.

Понятие парциального давления

Парциальное давление – это особая характеристика, описывающая состояние компонентов смеси идеальных газов. Сформулируем основное определение:

Определение 2

Парциальным называется давление pi, которое могло бы создаваться i-ым газом в смеси при условии отсутствия остальных газов и сохранения исходного объема и температуры.

Формула парциального давления будет выглядеть так:

pi=miμiRTV=μiRTV

Объем смеси здесь обозначен буквой V, ее температура – T.

Следует подчеркнуть, что поскольку средние кинетические энергии молекул смеси равны, то существует и равенство температур всех компонентов газовой смеси, находящейся в состоянии термодинамического равновесия.

Для нахождения давления смеси идеальных газов нужно воспользоваться законом Дальтона в следующей формулировке:

p=∑i=1Npi=RTV∑i=1Nνi

Исходя из него, мы можем выразить парциальное давление так:

pi=xip.

Опиши задание

Понятие парциального объема

У газовой смеси также есть такая характеристика, как парциальный объем.

Определение 3

Парциальный объем Vi i-газа в газовой смеси – это такой объем, который мог бы иметь газ при условии отсутствия всех остальных газов и сохранении исходной температуры и объема.

Если речь идет о смеси идеальных газов, то к ней применим закон Амага:

V=∑i=1NVi

В самом деле, при выражении νi из формулы выше у нас получится следующее:

νi=pViRT; p=RTVpRT∑i=1NVi→V=∑i=1NVi

Для расчета парциального объема газа используется следующая формула:

Vi=xiV.

Нам известно, что параметры, определяющие состояние смеси идеальных газов, будут подчиняться уравнению Менделеева-Клайперона. Формула будет выглядеть так:

pV=mμsmRT.

Все параметры данного уравнения будут относиться ко всей смеси. Это же уравнение удобнее записать так:

pV=mRsmT.

Здесь параметры Rsm=Rμsm=R∑i=1Nqiμi означают удельную газовую постоянную смеси.

Пример 1

Условие: имеется сосуд объемом 1 м3, в котором находится 0,10·10-3 кг гелия и 0,5·10-3 кг водорода. Постоянная температура равна 290 К. Вычислите давление смеси и парциальное давление гелия в нем.

Решение

Начнем с вычисления количества молей каждого компонента смеси. Для этого можно использовать формулу:

νi=miμi

[attention type=red]

Зная, что молярная масса водорода, согласно таблице Менделеева, составляет μH2=2·10-3 кгмоль, мы можем найти количество его молей в смеси по формуле:

[/attention]

νH2=mH2μH2

Считаем, что получится:

νH2=0,5·10-32·10-3=0,25 (моль).

Точно такие же расчеты проводим и для гелия, зная, что μHe=4·10-3 кгмоль:

Теперь с помощью уравнения Менделеева-Клайперона можно найти парциальное давление каждого компонента:

piV=νiRT.

Сначала рассчитаем давление водорода:

pH2V=νH2RT→pH2=νH2RTV

Парциальное давление будет равно:

pH2=0,25·8,31·2901=602,5 (Па).

Теперь то же самое подсчитываем для гелия:

pHe=0,025·8,31·2901=60,25 (Па).

Чтобы найти общее давление смеси газов, сложим сумму давлений ее составляющих:

p=pH2+pHe

Подставляем полученные ранее значения и находим нужный результат:

p=602,5+60,25=662,75 (Па).

Ответ: общее давление смеси составляет 662,75 Па, а парциальное давление гелия в смеси равно 60,25 Па.

Пример 2

Условие: дана смесь газов, состоящая из 1 кг углекислого газа и 0,5 кг O2. Если считать их идеальными, какой объем они будут занимать при давлении в 1 атм? Температура смеси равна 300К.

Решение

Начнем с вычисления общей массы газовой смеси.

m=mO2+mCO2

Значит, m=1+0,5=1,5.

Переходим к вычислению массовых компонентов смеси:

gO2=0,51,5=0,33;gCO2=11,5=0,67.

Тогда газовая постоянная смеси будет равна:

Rsm=R∑i=1Ngiμi

Rsm=8,310,3332·10-3+0,6746·10-3=200 ДжкгК.

Объем смеси вычисляем с помощью уравнения Менделеева-Клайперона:

Vsm=msmRsmTsmpsm

Вспомнив, что по условию давление равно 1 атм, что равно105 Па, вычислим объем:

Vsm=1,5·200·300105=0,9 м3.

Ответ: при указанных условиях смесь займет объем, равный 0,9 м3.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter

Не получается написать работу самому?

Доверь это кандидату наук!

Источник: https://Zaochnik.com/spravochnik/fizika/molekuljarno-kineticheskaja-teorija/partsialnoe-davlenie-i-obem/

Дайвинг, газы. Понимание принципов за 10 минут (keynotes)

Парциальное давление азота

Хотелось бы обобщить информацию о принципах дайвинга в части газов для дыхания в формате keynotes, т.е. когда понимание нескольких принципов избавляет от необходимости запоминания множества фактов.

Итак, для дыхания под водой необходим газ. Как наиболее простой вариант — запас воздуха, представляющий собой смесь кислорода (∼21%), азота (∼78%) и других газов (∼1%).

Главным фактором является давление окружающей среды. Из всех возможных единиц измерения давления мы будем использовать «абсолютную техническую атмосферу» или АТА. Давление на поверхности составляет ∼1 АТА, каждые 10 метров погружения в воду добавляют к нему ∼1 АТА.

Для дальнейшего разбора важным является понимание, что такое парциальное давление, т.е. давление отдельно взятого компонента газовой смеси. Общее давление газовой смеси является суммой парциальных давлений её компонентов.

Парциальное давление и растворение газов в жидкостях описываются законами Дальтона и имеют самое прямое отношение к дайвингу, ибо человек на большую часть состоит из жидкости.

Хотя парциальное давление пропорционально молярному соотношению газов в смеси, для воздуха можно считать парциальное давление по объемной или весовой концентрации, погрешность составит менее 10% .

При погружении давление воздействует на нас всеобъемлюще. Регулятор поддерживает давление воздуха в системе дыхания, примерно равное давлению окружающей среды, меньшее ровно на столько, на сколько необходимы для «вдыхания».

Так, на глубине в 10 метров вдыхаемый из баллона воздух имеет давление около 2 АТА. Аналогичное абсолютное давление будет наблюдаться во всем нашем организме.

Таким образом, парциальное давление кислорода на этой глубине составит ∼0,42 АТА, азота ∼1,56 АТА

Воздействие давления на организм заключается в следующих ключевых факторах.

1. Механическое воздействие на органы и системы

Его мы рассматривать подробно не будем, вкратце — человеческий организм имеет ряд заполненных воздухом полостей и резкое изменение давления в любую сторону вызывает нагрузку на ткани, мембраны и органы вплоть до механических повреждений — баротравм.

2. Насыщение тканей газами

При погружении (увеличении давления) парциальное давление газов в дыхательном тракте — выше чем в тканях. Таким образом газы насыщают кровь, а через кровоток насыщаются все ткани организма.

Скорость насыщения различна для разных тканей и характеризуется «периодом полунасыщения», т.е. временем, в течение которого при постоянном давлении газа разница парциальных давлений газа и тканей уменьшается вдвое.

Обратный процесс называют «рассыщением», он происходит при всплытии (уменьшении давления).

  В этом случае парциальное давление газов в тканях выше, чем давление в газа в легких, идет обратный процесс — газ из крови выделяется в легких, кровь с уже меньшим парциальным давлением циркулирует по организму, из тканей газы переходят в кровь и снова по кругу. Газ всегда движется от большего парциального давления к меньшему.

Принципиально важно, что разные газы имеют разную скорость насыщения/рассыщения, обусловленную их физическими свойствами.

Растворимость газов в жидкостях тем больше, чем выше давление. В случае, если количество растворенного газа больше предела растворимости при данном давлении — происходит выделение газа, в том числе концентрация в виде пузырьков. Мы это наблюдаем каждый раз, как вскрываем бутылку газированной воды.

Так как скорость выведения газа (рассыщения тканей) ограничена физическими законами и газовым обменом через кровь, слишком быстрое падение давления (быстрое всплытие) может привести к образованию пузырьков газа непосредственно в тканях, сосудах и полостях организма, нарушая его работу вплоть до летального исхода.

[attention type=green]

Если давление падает медленно, то организм успевает вывести «лишний» газ за счет разницы парциальных давлений.

[/attention]

Для расчетов этих процессов используются математические модели тканей организма, наиболее популярной является модель Альберта Бюльмана, которая учитывает 16 видов тканей (компартментов) со временем полунасыщения/полурассыщения от 4 до 635 минут.

Наибольшую опасность представляет инертный газ, имеющий максимально большое абсолютное давление, чаще всего это — азот, который составляет основу воздуха и не участвует в метаболизме.

По этой причине основные расчеты в массовом дайвинге проводятся по азоту, т.к. воздействие кислорода в плане насыщения на порядки меньше, при этом оперируют понятием «азотная нагрузка», т.е.

остаточное количество растворенного в тканях азота.

Таким образом, насыщение тканей зависит от состава газовой смеси, давления и продолжительности его воздействия.

Для начальных уровней дайвинга практикуются ограничения по глубине, продолжительности погружения и минимальному времени между погружениями, заведомо не допускающие ни при каких условиях насыщения тканей до опасных уровней, т.е. бездекомпрессионные погружения, и даже в этом случае принято выполнять «остановки безопасности» .

«Продвинутые» дайверы используют дайв-компьютеры, которые динамически рассчитывают насыщение по моделям в зависимости от газа и давления, в том числе рассчитывают «компрессионный потолок» — глубину, всплытие выше которой потенциально опасно исходя из текущего насыщения. При сложных погружениях компьютеры дублируются, не говоря уже о том, что одиночные погружения как правило не практикуются.

3. Биохимическое воздействие газов

Наш организм максимально адаптирован к воздуху при атмосферном давлении. При увеличении давления газы, даже не участвующие в метаболизме воздействуют на организм самым разным образом, при этом воздействие зависит от парциального давления конкретного газа. Для каждого газа существуют свои пределы безопасности.

Кислород

Являясь ключевым участником нашего метаболизма, кислород — единственный газ, имеющий не только верхний, но и нижний предел безопасности.

Нормальное парциальное давление кислорода ∼0,21 АТА.

Потребность в кислороде сильно зависит от состояния организма и физических нагрузок, теоретический минимально необходимый уровень для поддержания жизнедеятельности здорового организма в состоянии полного покоя оценивается в ∼0,08 АТА, практический — в ∼0,14 АТА. Снижение уровня кислорода от «номинального» в первую очередь сказывается на способности к физической активности и может вызвать гипоксию, или кислородное голодание.

В то же время высокое парциальное давление кислорода вызывает широкий спектр негативных последствий — кислородное отравление или гипероксию. Особую опасность при погружении имеет ее судорожная форма, выражающуюся в поражении нервной системы, судорогах, что влечет за собой риск утопления.

Для практических целей дайвинга принято считать пределом безопасности ∼1,4 АТА, пределом умеренного риска — ∼1,6 АТА. При давлении выше ∼2,4 АТА в течение длительного времени вероятность кислородного отравления стремиться к единице.

[attention type=yellow]

Таким образом, несложным делением предельного уровня кислорода 1,4 АТА на парциальное давление кислорода в смеси можно определить максимальное безопасное давление среды и установить, что абсолютно безопасно дышать чистым кислородом (100%, 1 АТА ) можно на глубинах до ∼4 метров (!!!), сжатым воздухом (21%, 0,21 АТА) — до ∼57 метров, стандартным «нитрокс-32» с содержанием кислорода 32% (0,32 АТА) — до ∼34 метров. Аналогично можно посчитать пределы для умеренного риска.

[/attention]

Говорят, именно этому явлению обязан своим именем «нитрокс» , так как изначально это слово обозначало дыхательные газы с пониженным содержанием кислорода для работы на больших глубинах, «nitrogen enriched», и только потом оно стало расшифровываться как «nitrogen-oxigen» и обозначать смеси с повышенным содержанием кислорода.

Необходимо принимать во внимание, что повышенное парциальное давление кислорода в любом случае оказывает воздействие на нервную систему и легкие, причем это разные виды воздействия.

Кроме того, воздействие имеет свойство накапливаться при серии погружений.

Для учета воздействия на ЦНС используется понятие «кислородного лимита» как расчетной единицы, с помощью которой определяются безопасные лимиты для разового и суточного воздействия. Подробно с таблицами  и расчетами можно ознакомиться здесь.

Помимо этого, повышенное давление кислорода негативно воздействует на легкие, для учета этого явления используются «единицы кислородной выносливости», которые рассчитываются по специальным таблицам, соотносящим парциальное давление кислорода и количество «единиц в минуту». Для примера, 1.2 АТА дает нам 1.32 OTU в минуту. Признанный лимит безопасности составляет 1425 единиц в сутки.

Из вышесказанного в частности должно быть понятно, что для безопасного пребывания на больших глубинах требуется смесь с пониженным содержанием кислорода, которая непригодна для дыхания при меньшем давлении. Например, на глубине 100 метров (11 АТА) концентрация кислорода в смеси не должна превышать 12%, а на практике будет еще ниже. Дышать такой смесью на поверхности невозможно.

Азот

Азот не метаболизируется организмом и не имеет нижней границы. При повышенном давлении азот оказывает отравляющее воздействие на нервную систему, сходное с наркотическим или алкогольным опьянением, известное как «азотный наркоз«.

Механизмы воздействия точно не выяснены, границы воздействия сугубо индивидуальны, и зависят как от особенностей организма, так и от его состояния. Так, известно, что усиливает воздействие состояние усталости, похмелья, все виды угнетенного состояния организма типа простудных заболеваний и т.д.

Незначительные проявления в виде состояния, сравнимого с легким опьянением возможны на любых глубинах, действует эмпирическое «правило мартини», согласно которому воздействие азота сравнимо с бокалом сухого мартини натощак на каждые 10 метров глубины, что не представляет опасности и добавляет хорошего настроения. Накопленный при регулярных погружениях азот так же влияет на психику сродни легким наркотикам и алкоголю, чему автор сам свидетель и участник. Проявляется в ярких и «наркотических» снах, в частности, действует в пределах нескольких часов. И таки да, дайверы — немного наркоманы. Азотные.

Опасность представляют сильные проявления, которые характеризуются стремительным нарастанием вплоть до полной потери адекватности, ориентации в пространстве и времени, галлюцинаций, что может привести к гибели.

Человек может запросто рвануть на глубину, потому что там клево или он там что-то якобы увидел, забыть, что он под водой и «вдохнуть полной грудью», выплюнув загубник и т.д. Само по себе воздействие азота не летально и даже не вредно, однако последствия в условиях погружения могут быть трагичны.

Характерно, что при снижении давления эти проявления так же стремительно проходят, иногда достаточно подняться всего на 2..3 метра чтобы «резко протрезветь».

[attention type=red]

Вероятность сильного проявления на глубинах, принятых для рекреационного дайвинга начального уровня (до 18 м, ∼2,2 АТА ) оценивается как очень низкая.

[/attention]

По имеющейся статистике случаи тяжелого отравления становятся довольно вероятны с 30 метров глубины (∼3,2 АТА), и далее вероятность растет по мере роста давления.

В то же время люди с индивидуальной устойчивостью могут не испытывать проблем и на куда больших глубинах.

Единственным способом противодействия является постоянный самоконтроль и контроль напарника с немедленным уменьшением глубины в случае подозрения на азотное отравление. Использование «нитрокса» снижает вероятность азотного отравления, естественно, в пределах ограничений по глубинам, обусловленных кислородом.

Гелий и другие газы

В техническом и профессиональном дайвинге используют и другие газы, в частности, гелий. Известны примеры использования в глубинных смесях водорода, и даже неона.

Эти газы отличаются высокой скорость насыщения/рассыщения, отравляющие эффекты гелия наблюдаются при давлении более 12 АТА и могут быть, как ни парадоксально, компенсированы азотом.

Однако широкого применения они не имеют за счет высокой стоимости, поэтому столкнуться с ними дайверу средней руки фактически невозможно, а уж если читателя действительно интересуют такие вопросы — то ему уже надо использовать профессиональную литературу, а не этот скромный обзор.

При использовании любых смесей логика расчетов остается такой же, как описано выше, только используются специфические для каждого газа лимиты и параметры, а для глубоких технических погружений обычно используются несколько разных составов: для дыхания на пути вниз, работы внизу и поэтапного пути вверх с декомпрессией, составы этих газов оптимизируются исходя из описанной выше логики их движения в организме.

Практическое заключение

Понимание этих тезисов позволяет придать осмысленность многим даваемым на курсах ограничениям и правилам, что совершенно необходимо как для дальнейшего развития, так и для правильного их нарушения.

Нитрокс рекомендован к использованию при обычных погружениях, ибо он снижает азотную нагрузку на организм даже если Вы остаетесь полностью в пределах ограничений рекреационного дайвинга, это лучшее самочувствие, больше удовольствия, легче последствия. Однако, если Вы собираетесь нырять глубоко и часто — надо помнить не только о его преимуществах, но и о возможной кислородной интоксикации. Всегда лично проверяйте уровни кислорода и определяйте свои лимиты.

Азотное отравление — наиболее вероятная из проблем, с которыми можно столкнуться, всегда будьте внимательны к себе и партнеру.

[attention type=green]

Отдельно хотелось бы обратить внимание, что прочтение данного текста не означает, что читатель освоил полный набор информации для понимания работы с газами при сложных погружениях. Для практического применения этого совершенно недостаточно. Это только стартовая точка и базовое понимание, не более того.

[/attention]

Всегда оставайтесь в пределах своих знаний и физических возможностей! Удачи!

Источник: https://pavlyuts.ru/posts/329

Влагонакопление, пленки, точка росы… Часть 1

Парциальное давление азота

(В принципе, этот раздел можно не читать, считайте, что это мелкими буквами для любопытных).

Данные дают метеорологи. Это результаты замеров, а формулу получают экспоненциальной аппроксимацией (подбором формулы). Периодически, формулу пересматривают. С 2008-го года и по сей день, на планете Земля, она вот такая:

Формула парциального давления насыщенного водяного пара. Общемировой стандарт.

Полученную формулу парциального давления насыщенного пара, публикуют в специальном документе, едином для всей планеты: Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation

В СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий — предложена своя аппроксимация:

Формула парциального давления насыщенного водяного пара предложенная в СП Телозащита..

Мы видим, что в уравнении уже нет атмосферного давления (включено стандартное), формула упрощена.

Таблица давлений и плотностей насыщенного пара воды. Давление и плотность с литерой «сп» – вычислено по формуле СП Теплозащита. Без литеры — точное давление и плотность.

Как видим, аппроксимация довольно качественная, погрешности:

– при -30С 4% (в СП завышают давление).

– при +30, погрешность -0,8% (в СП занижают).

Цель своей аппроксимации понятна, не хотят грузить проектировщиков более сложными вычислениями, хотя сегодня, при наличии массы программ…

При этом возникают проблемы, этой формулой нельзя пользоваться в высокогорье (не учтено влияние давления), а нарушать СП — нельзя. И как проектировщики выкручиваются — можно только гадать. Скорее всего никак. Тупо считают по СП.

Зачем эти извраты и вообще, почему в 21-ом веке СП насыщенные расчетами до сих пор выпускают на бумаге, а не в виде сайта с наборами онлайн-расчетов — мне лично не понятно.

Какой смысл, доблесть, крутизна… — в демонстрации проектировщиком владения калькулятором? Тем более, что огромное количество народа в этой области — давно уже не понимает, что и зачем. Складывают «зеленые мячики в красные корзинки». И не дай Бог перепутать, чего в числитель, чего в знаменатель. Чему немало способствуют разработчики совр. СП (ну, вот злой я на НИИ СФ, что делать…).

Как все это работает, откуда пар в воздухе

Работает просто. Если взять сосуд, заполнить его абсолютно сухим воздухом, потом налить воды на дно и закрыть герметично, произойдут два события:

– уровень воды в сосуде начнет падать, со временем — падение остановится

– давление в сосуде повысится. Для комнатных условий — немного около 2%.

Что произошло? Часть воды из жидкого состояния, перешла в газообразное. В водяной пар. Конкретно, при температуре 20С, в куб воздуха перейдет 18,6 грамм воды, а его давление повысится на 2344 Па (см. таблицу насыщенного пара).

Если мы поднимем температуру в сосуде, то оба явления повторятся. Уровень жидкости еще упадет, а давление в сосуде возрастет сверх вызванного подъемом температуры. Для 30 градусов, давление подрастет на 4254 Па, а в куб воздуха перейдет 33.75 грамм воды.

[attention type=yellow]

Почему так? В смысле почему именно 33,75 грамм? Ответ простой — так устроен наш мир. Никто не знает, почему постоянная Планка такая. И почему при +30, куб воздуха не может содержать больше 33.75 грамм воды.

[/attention]

Дума очевидно почему, когда вода перестала испарятся, воздух над этой водой, считают 100% влажности. Это означает, что не изменив температуры, никаким образом ни миллиграмма пара в этот воздух не добавить. Такой пар, называют насыщенным.

При этом, воздух еще прозрачен. Пар это газ. «Пар» изо рта, туман — это не газ, не пар, это аэрозоль, мельчайшие капельки жидкой воды.

А что произойдет, если остудить воздух с влажностью 100%. Скажем с +20С, до +19С? А очень просто, при +20С в кубе может содержаться не более 18.6 грамм пара, а при -19С, всего 17.47. Т.е. в воду вернется 18,6-17,47=1.13 грамм пара и мы увидим повышение уровня воды в сосуде на эту величину. Либо 1.13 грамма конденсата на стенках сосуда.

Каким образом, в комнате можно достичь 100% влажности? Тоже просто, закрыть комнату герметично, налить на пол лужу и подливать, пока не перестанет сохнуть. Как перестало — имеем 100% влажности. И если такую комнату остудить хотя бы на десятую градуса — выпадет конденсат. На поверхности того, чем остужали.

А если у меня на полу нет лужи и комната не герметична (форточка открыта) — откуда в ней вообще возьмется пар?

источник пара — сами люди и их деятельность.

в медицине, это называют скрытыми, или невидимыми потерями (воды), т.е. не через жкт, не через почки.

альвеолярный путь. около 400-500 грамм воды в сутки мы теряем с дыханием, на каждый куб выдыхаемого воздуха, теряется около 9 грамм воды.

кстати, интересный момент: посмотрите в таблицу, 9 грамм пара в кубе становится насыщенным при температуре около 8 градусов, при этом, часть пара, переходит в жидкость, в капельки тумана. и люди говорят — «пар изо рта», т.е. на улице около +8с.

[attention type=red]

трансэпидермальный (через кожу) путь. не путать с потовыделением. у людей с ангидрозом (отсутствием потовых желез) — эти потери точно такие же. при обширных раневых, ожоговых повреждениях кожи, потери могут достигать 5 литров в сутки. в норме те же 400-500 грамм пара в сутки. при этом, у детей близко к взрослым (тонкая кожа).

[/attention]

человек в сутки, продуцирует до килограмма пара. так устроен.

к этому, полили цветочки (практически вся вода перейдет в пар), помыли посуду, чайник, кастрюльки, белье сушится…

в среднем, до 1,5 — 2 кг пара в сутки, человек и его деятельность.

ладно, пар в воздухе есть. а с чего ему идти в стену, если есть форточка, откуда проблема влагонакопления ограждений?

а он и идет «в форточку» (вентиляцию). но не успевает.

давайте прикинем. человек произвел в сутки 1800 грамм пара. вентиляция 30 м3/ч на человека, в сутки 720 м3. пусть на улице -5с с влажностью 70%, куб уличного воздуха (смотрим в таблицу) содержит 3,36*0,7=2,4 грамма. 720 кубов уличного воздуха, принесут с собой 1693 грамма пара.

т.е. суммарный приток пара 1.800+1.693= 3.5 кг. этот пар распределится на 750 м3, доведя содержание пара в кубе до 4,9 грамм, при +20с, это влажность 26%

и тут — важный вывод.

к пару уличного воздуха, в помещении, всегда добавляется пар продуцируемый людьми. количество пара внутри помещений — всегда больше.

далее, почему пар «попрет» в стенку. или о парциальных давлениях. но вначале, про:

диффузия газов

Вот, если честно, не хотел писать этот раздел. Но не хочется оставлять лазеек авторам доморощенной и самопальной физики (пар легче, он соберется под потолком, внизу влажности не будет, пароизоляция полов не нужна).

Этот раздел тоже будем считать написанным «мелкими буквами» (как и все главное в банковских договорах), т.е. «можно пропустить».

На самом деле, действие малых парциальных — загадка. Такая же, как почему постоянная Планка именно такая. Или почему на планете Земля, при +20 в куб воздуха нельзя впихнуть больше 18,6 грамм пара. Ответ один — вот так устроен наш мир, мы всего лишь наблюдаем, замеряем и пытаемся найти закономерности.

Загадка в распределении одного газа в среде другого. Средние скорости молекул при нормальных условиях — сотни метров в секунду, но их настолько много, что средний путь между соударениями — сотые микрона. В результате, скорость диффузии газов — сантиметры в минуту.

Это хорошо подтверждается прямым наблюдением, например по диффузии углекислоты в воздухе. Про наблюдаем — в прямом смысле. Глазами. В сосуд наливают (газообразную углекислоту, можно именно налить) углекислоту, далее смотрят, как она диффундирует (смешивается) с воздухом.

Для этого используют мыльные пузыри, наполненные воздухом и углекислотой. Одни опускаются до границы углекислоты, другие уходят ниже. Физики они такие, хлебом не корми дай поиграться, «лишь бы не работать» :)

При этом, простейший эксперимент со стыренными у жены (в строго научных целях) и разлитыми духами — четко показывает, что ни о каким сантиметрах в минуту речь не идет. Метры в секунду. Молекулы летят пулями, так, как будто они в комнате одни, как будто за каждой молекулой этих духОв сидит Шумахер и лихо огибает все молекулы воздуха.

Как они это делают, как можно лететь по встречке в час пик, как по пустому шоссе — никто не знает, но каждый газ ведет себя так, как будто кроме него в смеси никого нет.

Собственно и современная теория газовой диффузии — исходит из этого.

Давно уже сформулирован закон Фика, замерены коэффициенты диффузии (для водяного пара в НУ 0,25 м2/с, тут, как именно это делают), давно известны количественные характеристики потока распространения пара в воздухе.

[attention type=green]

Скажем после выдоха человека — получим поток до 0,03 гр/м2*с, при том, что человек в секунду не может продуцировать более 0.01 грамма пара в секунду. Вот если бы в одну точку ухитрились бы дышать семеро людей, то сферу с площадью в квадратный метр — можно надышать до насыщения.

[/attention]

Ну, а то, что именно так устроен наш мир — в целом радует. Не приходится отползать во сне через каждые десяток вдохов из зоны, где полностью «выдышали» кислород, заменив его на углекислоту. Диффузия спасает.

Парциальное давление

Воздух — смесь газов. Их суммарное давление близко к 100 кПа (одна атмосфера). При этом, каждый из газов, вносит в это давление свою долю, свое парциальное давление, не исключение и водяной пар.

График давлений насыщенного пара

Вот так выглядит график столь печально знаменитой (невежественными толкованиями) точки росы. Выше графика — условия для перехода пара в воду. Ниже — останется газом.

«Точка росы», это точка этого графика. Одновременно, это может быть некой пространственной точкой, зоной. Скажем, если некое место в стене имеет температуру -10С и в этом месте присутствует пар с парциальным давлением 300 Па — в этом месте будет конденсат.

В принципе, можно сказать и «в этом месте будет точка росы», т.е. сочетание температуры и парциального давления пара, выше, чем на графике.

Статья выходит слишком большой, поэтому про процессы в ограждениях, про пироги стен, их расчеты и оптимальную влажность в помещении — будет во второй части.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/optim_stroi/vlagonakoplenie-plenki-tochka-rosy-chast-1-5c98cca0a354b200b305e085

Парциальное давление газов – определение, формулы и законы

Парциальное давление азота

Учёный Дальтон в 1801 году сформировал закон парциальных давлений: Па смеси из идеальных газов равняется сумме рi её компонентов. Уравнение имеет следующий вид: Рсм=n (сумма pi), где n — число долей смеси.

Для определения парциального давления в химии используется отдельный компонент из атмосферного воздуха. При расчете учитывается значение каждого отдельного вещества, их число, температуры с объёмами. При необходимости можно найти общий показатель, сложив давление каждого компонента в отдельности.

Каждый газ в сосуде должен обозначаться как «идеальный». При нормальных условиях они взаимодействуют с углекислым газом, водородом, водой, азотом, водяным паром, кислородом, компонентами крови и прочими компонентами из таблицы Менделеева. При этом не образуются соединения. Отдельные молекулы способны сталкиваться между собой, отталкиваясь, но не деформируясь.

Физические и химические задачи решаются с помощью формулы парциального давления (закон открыли учёные Бойль и Мариотт): (k = P x V). Кроме полного варианта, уравнение записывается сокращённо k = PV, где:

  • k равно постоянной величине;
  • Р — давление;
  • V — объем.

Второстепенные значения

Давление может измеряться в разных величинах: процент, паскаль (Па). Смысл последнего: сила в 1 ньютон приложена к площади в 1 кв. м. Если результат такой зависимости записывается в атмосферах, тогда для его нахождения потребуется учесть, что одна атмосфера равняется 101,325 Па.

Температура идеального газа повышается, если увеличивается объём, а снижается, если уменьшается последний показатель. Такое соотношение может называться законом Чарльза, который имеет следующий математический вид: k = V / T. Значение температуры в уравнении измеряется в градусах Кельвина. Оно зависит от градусов Цельсия. Чтобы его найти, прибавляется 273.

Уравнение используется в химии для определения мольной доли (концентрация, которая выражается через отношение количества молей 1 компонента к суммарному числу молей пары веществ, входящих в смесь). Кроме объёма, для газа характерна молярная масса (вес одной доли компонента) и объём. Существуют легкие способы её подсчёта:

  1. Стандартная. Измеряется в граммах и килограммах.
  2. Молекулярная. Так как газы весят мало, их вес вычисляется в специальной единице измерения — молярная масса. Для её определения суммируется вес составных атомов. Каждый компонент сравнивается с массой карбона, равной 12.

Уравнения Дальтона и Бойля

Физик и химик Дальтон считается первым учёным, предположившим структуру атомных элементов, их свойства. Общее давление вычисляется следующим образом: Р= P1 + P2 + P3. Пример: в колбе содержится по 10 г оксигена и нитрогена. Их общее Р будет равно 20 (10+10). Для вычисления pi используется температура, равная 37 градусам Цельсия.

Чтобы перевести её в градусы Кельвина, значение по Цельсию, равное 37, добавляется к 273. Результат — 310. Для вычисления количества молей газов используется масса, поделённая на молярную. Если уравнение касается нитрогена, вес каждого компонента соответствует цифре 14.

Так как вещество содержит в себе 2 атома, то 14х2, что равно 28. Масса в граммах делится на полученный результат. Таким способом вычисляется количество молей, приблизительно равное 0,4 моль.

Чтобы найти аналогичное значение у оксигена, применяется масса 16. Вещество относится к двухатомным газам, поэтому 16х2 равняется 32.

По результатам получается, что 0,3 моль оксигена содержится в составе газовой смеси.

Если в задаче указывается общее давление и pi в атмосферах, тогда используется в качестве константы R (0.0821 л атм/K моль). При подстановке данных в уравнение можно узнать Pобщее.

Чтобы вычислить ПД нитрогена, 0,4 моль умножается на константу и температуру. Результат делится на 2 литра, что приблизительно равно 5.09 атм. Аналогичные шаги выполняются для вычисления ПД оксигена.

Конечный результат равен 3.82 атм.

Свойства веществ

Значение pi газа, растворённого в жидкости, равняется pi того вещества, который образовался бы в фазе газообразования в случае равновесия с жидкостью при аналогичной температуре. Парциальное давление (ПД) измеряется в качестве термодинамической активности молекул вещества.

Газы постоянно вытекают из сферы с высоким ПД в область с низким давлением. Чем больше такая разница, тем быстрее поток. Газам свойственно растворяться, диффундировать, реагировать на ПД. В некоторых случаях показатель не зависит от концентрации газовой смеси.

При решении задач в области химии и физики учитываются свойства газов: сжимаемость и способность расширяться. Они не имеют своей формы, поэтому расширяются до заполнения сосуда, принимая его форму.

[attention type=yellow]

По аналогичной причине они не имеют объёма. Газ давит на стенки ёмкости по всем направлениям одинаково. Характерное свойство компонентов — способность смешиваться между собой в разных соотношениях.

[/attention]

Так как объём зависит от температуры и давления, поэтому в норме должно быть 0 °C и 760 мм рт. ст. При этом нет места влаги. Если объём считается нормальным, его обозначают стоящей впереди буквой.

Подобная зависимость отображается в термодинамике с помощью графика.

Если доказана зависимость объема от давления, при этом температура постоянная, используются изотермы (линии, которые изображают на диаграмме процесс с неизменной температурой).

Точки и функции

В законе Бойля чётко указана зависимость объёма от давления при одинаковой температуре. Если данные нанести на график в функцию давления, через точки можно будет провести кривую. Точный эксперимент и незначительный разброс точек позволяют описать объёмное поведение системы с небольшой погрешностью.

Несколько подобных кривых для разных температур во всём диапазоне изученных условий позволяет описать объёмное поведение газа. Одновременно отображаются кривые постоянного давления, которые описывают изменения основных показателей. Чтобы получить окончательные результаты, кривые требуют незначительного сглаживания. Подобные графики сделать самостоятельно менее сложно.

Объём газа при неизменной температуре сильно изменяется с колебаниями давления. Но графически представить такую зависимость в широком диапазоне изменения давлений трудно. Если охвачена широкая область изменения, используются крупные масштабы.

Для упрощения процесса построения на график наносится зависимость произведения Р от давления при одной температуре, что существенно уменьшает область выявления функции. Наибольший эффект получается от применения 1−2 специальных функций объёма, которые называются коэффициентом сжимаемости и остаточным объёмом.

Каждое понятие характеризуется объёмным поведением газа с учётом его отклонений от нормального состояния вещества и созданных идеальных условий. Чтобы упростить поставленную задачу, график отображается на специальной бумаге либо при помощи компьютерных программ. Во втором случае достаточно ввести данные. Сервис самостоятельно строит прямые, кривые и прочие элементы графика.

Простые зависимости лучше отображать в стандартных программах Word. Графические сложные задачи в химии и физике решаются с помощью «Agrafer» — известная компьютерная программа, которая используется не только студентами, но и школьниками.

Источник: https://nauka.club/khimiya/partsialno%D0%B5-davleni%D0%B5.html

Лечимся дома
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: