3.2. Газові закони і їх використання у розв’язуванні

задач вентиляції

Згідно кінетичної теорії газів під тиском Р розуміють середню силу вдарять молекул об стінки посудини, в якій міститься газ .

Згідно закону Бойля, який був встановлений екперементально і підтверджений пізніше теоретично, добуток (де V – об’єм газу). Згідно цього закону, між тиском і об’ємом газу існує гіперболічна залежність, що приблизно вірна для газу низького тиску і для фази ненасиченої пари

Енергію молекул визначає абсолютна температура газу Т. Якщо температура газу зростає, то збільшується кінетична енергія системи, і при цьому справедливе рівняння

. Гази, які відповідають цьому закону, називають досконалими або ідеальними.

На практиці, особливо за високих тисків і для газів зі складною молекулярною структурою, мають місце відхилення від законів ідеального газу, які характеризуються коефіцієнтом стисливості .

Атмосферне повітря є сумішшю газів і водяної пари .

Приймемо, що закон Бойля справедливий для кожного газу в суміші

.

Тоді кожен із газів буде розповсюджуватись в просторі так, що і , отже, , тобто загальний тиск суміші буде рівний сумі парціальних тисків складників суміші (закон Дальтона). Статична механіка підтверджує, що цей закон придатний для ентальпії і ентропії, але сили міжмолекулярної взаємодії різних складових обмежують його справедливість. Багато вчених пропонували різні модифікації закону Дальтона, але ні одна з них не придатна для розв’язування проблем, які пов’язані з використанням газів і пари. Завдяки розвиткові статичної механіки став можливим розвиток теорії, за допомогою якої можна передбачити термодинамічні властивості суміші газів. Застосувавши ці ідеї для визначення термодинамічних характеристик вологості повітря, його складові - сухе повітря і водяна пара - розглядаються окремо [1]. Сухе повітря має критичну температуру – 141 ⁰С і за нормальної кімнатної температури може вважатьсь газом. Водяна пара має критичну температуру 374 ⁰С і за нормальних кімнатних температур може конденсуватись і випаровуватись (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Ізотерми для водяної пари а і вологого повітря b:

1 - критична точка, ˙тиск 221·10² кПа; 2 - критична ізотерма + 374⁰С; 3 - крива випаровування; 4 - ізотерма водяної пари за нормальної кімнатної температури; 5 - крива конденсації;

6 - критична точка, тиск 38·10² кПа ; 7 - ізотерма для вологого повітря за нормальної кімнатної температури; 8 - критична ізотерма – 141 ⁰С; 9 – крива скраплювання (конденсації); 10 - крива насиченої пари

З достатньої для інженерних розрахунків точністю можна вважати, що вологе повітря підпорядковане усім законам суміші ідеальних газів. Кожен газ, зокрема і водяна пара, які входять у склад суміші, займають той самий об’єм V, м³, що і вся суміш; він має температуру суміші T, К, та знаходиться під своїм парціальним тиском , який визначається за рівнянням Клапейрона

,

де - маса i-го газу, кг; – молекулярна маса і-го газу, кг/кмоль; – кількість молей i-го газу, який входить до складу сіміші, кмоль; R – універсальна газова стала (R = 8,314 · 10³ Дж/(кмоль·К).