Применение газов в технике

Цель: Изучить свойства газов и их применение в технике

воспитательные: формировать рефлексию, привычку оказывать помощь и поддержку друг другу при выполнении , добросовестное отношение к выполняемому заданию;

развивающие: развитие речи, памяти, внимания, интереса к предмету, умения работать с физическими приборами, с учебником, дополнительной литературой, умения выделять главное, применять знания на практике.

Ход урока

Орг. момент Проверка домашнего задания (тест) Организация работ учащихся по группам Выступление групп Домашнее задание – параграф 4.8

I вариант

1. Количество вещества измеряется в:

А. молекулах

В. атомах

Г. килограммах

Е. кг/моль

2. Молярная масса – это:

А. масса вещества

Б. масса одного моля вещества

В. относительная молекулярная масса

Г. масса одной молекулы (одного атома)

Д. количество вещества

Е. 1/12 массы атома углерода

3. Постоянная Авогадро численно равна:

4. Графиком изотермического процесса является:

А. парабола

Б. прямая

В. ломаная

Г. кубическая парабола

Д. гипербола

Е. эллипс

5. Закон Гей-Люссака математически записывается так:

6. Количество вещества равно отношению:

Г. массы вещества к молярной массе

7. Постоянная величина в уравнении Клапейрона называется:

А. постоянной Авогадро

Б. постоянной Больцмана

В. универсальной газовой постоянной

Г. абсолютной температурой

Д. количеством вещества

Е. молярной массой

8. При изотермическом процессе:

9. При изобарном нагревании:

Д. температура растёт, а давление уменьшается

10. При изотермическом сжатии:

В. объём увеличивается, а давление уменьшается

II вариант

1. Молярная масса измеряется в:

А. молекулах

В. атомах

Г. килограммах

Е. кг/моль

2. Закон Шарля математически записывается так:

3. Графиком изохорного процесса является:

А. парабола

Б. прямая

В. ломаная

Г. кубическая парабола

Д. гипербола

Е. эллипс

4. Постоянная Больцмана численно равна:

5. Абсолютная температура измеряется в: А. градусах по Фаренгейту

Б. градусах по Цельсию

В. градусах по Реомюру

Г. Кельвинах

Е. термометрах

6. Постоянная Авогадро – это:

А. масса одного моля вещества

Б. число молекул в единице объёма вещества

В. число молекул в моле вещества

Г. универсальная газовая постоянная

Д. отношение массы вещества к его молярной массе

Е. отношение числа молекул вещества к числу молекул в моле вещества

7. Количество вещества равно отношению:

А. массы молекулы (атома) к молярной массе

Б. молярной массы к постоянной Авогадро

В. массы вещества к относительной молекулярной массе

Г. числа молекул (атомов) к постоянной Авогадро

Д. числа молекул (атомов) к молярной массе

Е. массы молекулы (атома) к постоянной Авогадро

8. При изобарном процессе:

А. при увеличении давления объём уменьшается

Б. при увеличении давления объём увеличивается

В. давление и объём не меняются

Г. при уменьшении давления объём уменьшается

Д. при увеличении температуры объём увеличивается

Е. при увеличении объёма температура уменьшается

9. При изохорном охлаждении:

А. давление и температура неизменны

Б. температура растёт, а давление увеличивается

В. температура постоянна, а давление растёт

Г. объём увеличивается, а давление неизменно

Д. температура и давление уменьшается

Е. объём и температура неизменны

10. При изотермическом расширении:

А. температура постоянна, а давление уменьшается

Б. температура постоянна, а давление увеличивается

В. температура увеличивается, а давление уменьшается

Г. объём и давление уменьшаются

Д. объём и температура уменьшаются

Е. давление и температура неизменны.

Правильные ответы:

I вариант – Б Б Е Д Д Г В А Г Б

II вариант – Е Г Б Г Г В Г Д Д А

Критерии оценки результатов тестового задания:

9-10 верно – «5»

8 верно – «4»

6-7 верно – «3»

< 6 верно – «2»

Для слабоуспевающих учащихся предлагается физический диктант

P*V=const – формула _______ процесса Графиком изобарного процесса является _______ При изохорном процессе с уменьшением температуры давление ________ По закону Гей-Люссака при увеличении объёма давление _________ V/T=const является формулой закона ________ По закону Бойля-Мариотта постоянной величиной является _________ Изобарное нагревание – когда температура растёт, а давление ________ Из трёх графиков – изобары, изотермы, изохоры гиперболой является _______ При изотермическом сжатии температура постоянна, а давление _______ При изобарном процессе постоянной величиной является _______

Класс делится на группы, по заданным материалам учащиеся готовят кластер и защищают его.

Свойства газов

Газ (газообразное состояние) (от нидерл. gas, восходит к др.-греч. чЬпт) — одно из четырех агрегатных состояний вещества, характеризующееся очень слабыми связями между составляющими его частицами (молекулами, атомами или ионами), а также их большой подвижностью. Частицы газа почти свободно и хаотически движутся в промежутках между столкновениями, во время которых происходит резкое изменение характера их движения. Так же термин «газ» можно определить как вещество, температура которого равна или превышает критическую точку, при такой температуре сжатие газа не приводит к образованию жидкости. В этом и заключается отличие газа от пара. При повышении давления насыщенный пар частично превращается в жидкость, газ нет.

Газообразное состояние вещества в условиях, когда возможно существование устойчивой жидкой или твёрдойфазы этого же вещества, обычно называется паром.

Подобно жидкостям, газы обладают текучестью и сопротивляются деформации. В отличие от жидкостей, газы не имеют фиксированного объёма и не образуют свободной поверхности, а стремятся заполнить весь доступный объём (например, сосуда).

Газообразное состояние — самое распространённое состояние вещества Вселенной (межзвёздное вещество, туманности, звёзды, атмосферы планет и т. д.). По химическим свойствам газы и их смеси весьма разнообразны — от малоактивных инертных газов до взрывчатых газовых смесей. Понятие «газ» иногда распространяют не только на совокупности атомов и молекул, но и на совокупности других частиц — фотонов, электронов, броуновских частиц, а также плазму.

Важнейшей чертой теплового движения молекул газа — это беспорядочность (хаотичность) движения. Экспериментальным доказательством непрерывного характера движения молекул является и броуновское движение.

Диффузия — это явление самопроизвольного проникновения молекул одного вещества в другое. В результате взаимной диффузии веществ происходит постепенное выравнивание их концентрации во всех областях занимаемого ими объёма. Установлено, что скорость протекания процесса диффузии зависит от рода веществ и температуры.

Одним из самых интересных явлений, подтверждающих хаотичность движения молекул, является броуновское движение, которое проявляется в виде теплового движения микроскопических частиц вещества, находящиеся во взвешенном состоянии в газе. Это явление в 1827 году впервые наблюдал Р. Браун, от имени которого оно получило название. Беспорядочность перемещения таких частиц объясняется случайным характером передачи импульсов от молекул газа частице с разных сторон. Броуновское движение оказывается тем заметнее, чем меньше частица и чем выше температура системы. Зависимость от температуры свидетельствует о том, что скорость хаотического движения молекул возрастает с увеличением температуры, именно поэтому его и называют тепловым движением.

Газ как

Амортизатор можно с уверенностью назвать важнейшим компонентом подвески любого автомобиля. Без этого небольшого узла езда была бы просто невыносимой по причине непрерывной вертикальной раскачки кузова автомобиля. Автомобильный амортизатор играет роль своеобразного демпфера, гасящего колебания пружин, рессор или торсионов. Масса кузова автомобиля распределяется на пружины подвески таким образом, что последние постоянно сжаты на определенную величину в зависимости от веса машины и жесткости пружин. Таким образом, каждое колесо автомобиля имеет возможность перемещаться как вверх, так и вниз относительно кузова. За счет этого достигается постоянный контакт каждого колеса с дорожным покрытием независимо от того попадает колесо на кочку или в яму. Но если бы не было амортизатора, то контакт с дорогой не был бы постоянным из-за колебаний пружин. Многим , наверное, знакомы ощущения, когда колеса машины начинают подпрыгивать на малейшей неровности и даже на скорости от 30 км/ч чувствуется ухудшение контроля над автомобилем. Такие симптомы как раз говорят о вышедшем из строя амортизаторе. Из всего вышесказанного можно понять, что амортизатор служит для гашения излишних колебаний пружин и обеспечения постоянного контакта колес с дорожным покрытием. Разновидности амортизаторов Если спросить любого водителя о том, какие типы амортизаторов ему известны, то ответ будет примерно таков: масляные, газо-масляные и газовые. И это в корне неверно, так как абсолютно во всех автомобильных амортизаторах присутствует масло или другая жидкость (об этом позже). Более корректно амортизаторы можно разделить на масляные и газовые. И если не затрагивать всевозможные пневматические и регулируемые подвески, то амортизаторы бывают одно - и двухтрубные. Двухтрубный масляный (гидравлический) амортизатор Гидравлический двухтрубный амортизатор является самым простым, самым дешевым и, к сожалению, самым нестабильным. Двухтрубный амортизатор состоит из следующих компонентов: цилиндрический корпус (резервуар); рабочий цилиндр; клапан прямого хода (сжатия) встроенный в рабочий цилиндр; поршень; клапан обратного хода (отбоя) встроенный в поршень; шток; кожух. Рабочий цилиндр расположен в корпусе амортизатора, который служит одновременно резервуаром и наполнен определенным количеством масла. Поршень соединен со штоком и располагается в рабочем цилиндре. Принцип работы такого амортизатора весьма прост. При работе на сжатие, поршень со штоком движется вниз и вытесняет масло через клапан прямого хода из рабочего цилиндра в корпус амортизатора. При этом воздух, который находится в верхней части резервуара, немного сжимается. При работе на отбой, поршень движется в обратном направлении и через клапан обратного хода перепускает масло из корпуса в рабочий цилиндр. У гидравлического амортизатора имеется ряд серьезных недостатков. Главным недостатком является нагрев. Как известно гашение одной энергии порождает возникновение другой, так и в амортизаторе – компенсированные колебания пружины превращаются в и масло соответственно нагревается. Из-за двухтрубной конструкции и сравнительно малого объема, масло быстро нагревается, но плохо охлаждается. Данная проблема автоматически порождает следующую – вспенивание масла. Бороться с этим никак нельзя, но бывалые автолюбители очень часто пытаются избавиться от аэрации, путем заполнения нового амортизатора маслом что называется «под завязку».

Газ как рабочее тело двигателей

Рабомчее темло — в теплотехнике и термодинамике условное несменяемое материальное тело, расширяющееся при подводе к нему теплоты и сжимающееся при охлаждении и по перемещению рабочего органа тепловой машины. В теоретических разработках рабочее тело обычно обладает свойствамиидеального газа.

На практике рабочим телом тепловых двигателей являются продукты сгорания углеводородного топлива (бензина, дизельного топлива и др.), или водяной пар, имеющие высокие термодинамические параметры (начальные: температура, давление, скорость и т. д.)

В холодильных машинах в качестве рабочего тела используются фреоны, гелий,

ДВИГАТЕЛЬ ТЕПЛОВОЙ, машина для преобразования тепловой энергии в механическую работу. В тепловом двигателе происходит расширение газа, который давит на поршень, заставляя его перемещаться, или на лопатки колеса турбины, сообщая ему вращение. Примерами поршневых двигателей являются паровые машины и двигатели внутреннего сгорания ( и дизельные). Турбины двигателей бывают газовые (например, в авиационных турбореактивных двигателях) и паровые.

В поршневых тепловых двигателях горячий газ расширяется в цилиндре, перемещая поршень, и тем самым совершает механическую работу. Для превращения прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вала обычно используется кривошипно-шатунный механизм.

В двигателях внешнего сгорания (например, в паровых машинах) рабочее тело нагревают за счет сжигания топлива вне двигателя и подают в цилиндр газ (пар) под высокими температурой и давлением. Газ, расширяясь и перемещая поршень, охлаждается, а давление его падает до близкого к атмосферному. Этот отработанный газ удаляется из цилиндра, а затем в него подается новая порция газа – либо после возврата поршня в исходное положение (в двигателях одинарного действия – с односторонним впуском), либо с обратной стороны поршня (в двигателях двойного действия). В последнем случае поршень возвращается в исходное положение под действием расширяющейся новой порции газа, а в двигателях одинарного действия поршень возвращается в исходное положение маховиком, установленным на валу кривошипа. В двигателях двойного действия на каждый оборот вала приходится два рабочих хода, а в двигателях одинарного действия – только один; поэтому первые двигатели в два раза мощнее при одинаковых габаритах и скоростях.

В двигателях внутреннего сгорания горячий газ, который перемещает поршень, получают за счет сжигания смеси топлива и воздуха непосредственно в цилиндре.

Для подвода свежих порций рабочего тела и выпуска отработанного газа в двигателях применяется система клапанов. Подвод и выпуск газа производятся при строго определенных положениях поршня, что обеспечивается специальным механизмом, который управляет работой впускных и выпускных клапанов.

Разреженные газы

Длина свободного пути молекул обратно пропорциональна давлениюгаза. С разрежением газа она естественно увеличивается, достигая, например, 1 см при давлении 0,009 мм рт. ст. и нескольких километров при высоком разрежении(высоком ). В этих условиях, когда средняя длина пути становится много большей, чем размеры сосуда, столкновения между молекулами газа случаются относительно редко, и каждая данная молекула пролетает от однойстенки сосуда до другой большей частью без столкновений с другими молекулами. В результате такие свойства, как вязкость, диффузия, теплопроводность, которые зависят в основном от межмолекулярных столкновений, существенно меняются. Очень сильное уменьшениетеплопроводности газов при высоком разрежении практически используется в термосах, в производственных и лабораторных сосудах Дьюара. Тепловая изоляция достигается в них в основном именно тем, что сосуды делаются сдвойными стенками и в пространстве между ними создается высокий вакуум.

Шотландский химик Джеймс Дьюар (1842—1923). Он приготовил в большом количествежидкий кислород, который хранил в изобретенном им сосуде, получившем название сосуда Дьюара. Сосуд Дьюара — это колба с двойными стенками, из пространства между которыми выкачан воздух Теплопроводность разреженногогаза между стенками настолько мала, что температура вешества, помешенноро в сосуд, долгое время остается постоянной. Чтобы еще более замедлить процесс передачи тепла, Дьюар посеребрил стенки сосуда, (Бытовой термос — это всего-навсего сосуд Дьюара, закрывающийся пробкой.) 

Глубокий вакуум

Для достижения глубокого вакуума, например порядка 10-6 мм рт. ст., используют так называемые диффузионные насосы. Различают два основных типа диффузионных насосов: ртутные и масляные. Они бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми, чаще всего двухступенчатыми.

Получение глубокого вакуума

Для достижения глубокого вакуума, например порядка 10-6 мм рт. ст., используют так называемые диффузионные насосы. Различают два основных типа диффузионных насосов: ртутные и масляные. Они бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми, чаще всего двухступенчатыми. Принцип устройства обоих типов практически одинаков.

На рис. 1 показана схема стеклянного диффузионного ртутного насоса. Он состоит из резервуара 1 с ртутью, соединенного с холодильником 2. Ртуть доводят до кипения нагреванием газовой горелкой или электропечью. Пары ртути поднимаются по трубке 3, поступают в холодильник, в котором конденсируются и возвращаются в резервуар / по трубке 4. Принцип действия насоса основан на том, что вследствие частичной конденсации паров ртути внутри холодильника вблизи конца трубки 5 давление паров ртути (или иной жидкости) оказывается пониженным. Поэтому газ, находящийся в трубке 6, диффундирует в область с пониженным давлением и затем трубке 7 уносится к форвакуумной части установки

При сравнительно большом давлении в установке пары ртути, выходящие из трубки 5, сталкиваясь с молекулами газа, находящимися около конца этой трубки, отражаются по всем направлениям. Газ, находящийся в Трубке 6, при этом диффундирует во встречный поток паров ртути, еще не успевшей сконденсироваться. Применять диффузионный ртутный насос в таких случаях не следует.

При работе диффузонного насоса необходимо очень внимательно следить за правильным охлаждением конденсационной части. Подавать воду в холодильник следует до начала нагревания печи под резервуаром со ртутью и отключать после прекращения кипения ртути. Однако включать обогрев насоса следует только после того, как форвакуум уже будет создан.

При любом нарушении работы установки следует немедленно выключить нагревание ртутного насоса и до его полного охлаждения ничего не предпринимать для исправления ошибки или аварии. Причинами аварии могут быть: перегрев холодильника в результате остановки или замедления поступления воды, поломка холодильника вследствие усиления тока воды через горячий прибор. Если давление в установке повысится, кипение ртути прекратится, а ее температура начнет подниматься. Авария может произойти и при внезапном вскипании перегретой ртути.

Для получения вакуума порядка 10-6 мм рт. ст. необходимо установить последовательно два одноступенчатых насоса или один двухступенчатый.

На рис. 2 показан двухступенчатый масляный высоковакуумный диффузионный насос с внутренним электрообогревом. Масла в него следует заливать не более 60—70 см3. Нужно следить за тем, чтобы нагревательная спираль была полностью покрыта диффузионным минеральным слоем толщиной до 2 мм. Избыток масла может препятствовать нормальному ходу работы, так как вызывает задержку кипения. Примерно после 15-минутного разогревания, диффузионный насос начинает работать. Если требуется; отключить насос, сперва отключают электронагрев, дают маслу остыть приблизительно до 400C и лишь тогда" выключают охлаждение и проветривают насос.

Диффузионное масло нужно время от времени заменять свежим. О пригодности диффузионного масла можно судить по его окраске: сильно окрашенное масло для работы непригодно.

Рис. 1. Стеклянный ртутный диффузионный насос

Рис. 2Стеклянный высоковакуумный масляный двухступенчатый диффузионный насос.

После удаления масла из прибора внутреннюю часть насоса промывают четыреххлористым углеродом. Перед наполнением насоса маслом все остатки растворителя должны быть полностью удалены.

Данная презентация хорошо подходит для изложения материала в 10 классе по профильному курсу физики. Тема урока раскрывает основные понятия: 1. удельная теплота парообразования

2. относительная влажность воздуха и абсолютная влажность воздуха

Также в презентации рассмотрены применение в промышленности сжиженных гагов и их получение. Приборы для измерения влажности воздуха

Скачать:

Подписи к слайдам:

Теплота парообразованияСжижение газовВлажность воздуха Это количество теплоты, требующееся для превращения данной массы жидкости в пар той же температурыQп, Дж Q, Дж
Теплота парообразования Куда расходуется подводимая к телу энергия? На увеличение его внутренней энергии при переходе из жидкого состояния в газообразное теплота парообразования зависит от рода жидкости, ее массы и температуры.эта зависимость характеризуется – удельной теплотой парообразования - r, Дж/кг Удельной теплотой парообразования данной жидкости называется отношение теплоты парообразования жидкости к его массеr=Qп/mr – удельная теплота парообразованияm - масса жидкости Qп=rm – энергия, которая поглощается при парообразовании, ДжQк= -rm – энергия, которая выделяется при конденсации пара, Дж Сжижение газов В 1799 г. первый газ (аммиак) был обращен в жидкостьАнглийский физик М.Фарадей сжижал газы путем их одновременного охлаждения и сжатияКо второй половине 19 века остались не обращенными только 6 газов: водород, кислород, азот, оксид азота и метан (т.к. не было техники для получения низких температур) Установки для сжижения газов Детандеры (расширители) низкого давления разработаны академиком П.Л. Капицей 1- компрессор, туда поступает атмосферный воздух, где сжимается до давления в несколько десятков атмосфер2 – теплообменник, в нем охлаждается проточной водой горячий воздух и поступает в цилиндр детандера (3) – здесь он расширяясь, толкает поршень, и охлаждается настолько сильно, что конденсируется в жидкость4 – сосуд, куда поступает сжиженный воздух
Получение жидкого воздуха
Хранение жидких газов Сосуд Дьюара1) Устроен, как термос, имеет двойные стеклянные стенки, между которыми нет воздуха2) Внутренняя стенка блестящая - для уменьшения нагревания излучением3) Узкое открытое горлышко, чтобы содержащийся в сосуде газ имел возможность постепенно испаряться4) При испарении, сжиженный газ остается холодным5) Жидкий воздух сохраняется в течение нескольких недель Применение сжиженных газов
В технике для разделения воздуха на составные части. Метод основан на том, что различные газы, из которых состоит воздух, кипят при различных температурах2) Жидкий кислород используется в качестве окислителя для двигателей космических ракет3) Жидкий водород – топливо в космических ракетах4) Жидкий аммиак применяется в холодильниках – огромных складах, где хранятся продукты
Влажность воздуха
Парциальное давление водяного пара – давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали
абсолютная влажность воздуха – плотность водяного пара, кг/м3 показывает, сколько водяного пара содержится в 1 м3 воздуха
-абсолютная влажность, кг/м3плотность насыщенного водяного пара при данной температуре, кг/м3парциальное давление водяного пара, Па давление насыщенного пара, Па
Относительная влажность воздуха Показывает, насколько водяной пар при данной температуре близок к насыщению Точка росы – температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы находящийся в нем пар достиг состояния насыщения (при данной влажности воздуха и неизменном давлении) Конденсационный гигрометр1- металлическая коробка2 – передняя стенка3 – кольцо4 – теплоизолирующая прокладка5 – резиновая груша
Приборы, для измерения влажности воздуха Волосной гигрометр1-металлическая стойка2- обезжиренный человеческий волос3 – гайка4 – стрелка5 - блок
Приборы, для измерения влажности воздуха Психрометр
Приборы, для измерения влажности воздуха

Тлеющий разряд - самостоятельный газовый разряд, осуществляемый при низком давлении. Тлеющий разряд включает две основные области: -1- несветящуюся область, непосредственно прилегающую к катоду (катодное темное пространство; -2- светящуюся область (положительный светящийся столб). Внешний вид и распределение параметров в нормальном тлеющем разряде ПРИМЕНЕНИЕ

ПРИМЕНЕНИЕ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА: В СТАБИЛИТРОНАХ Стабилитрон- двухэлектродный газоразрядный или полупроводниковый прибор, напряжение на котором при изменении (в определённых пределах) протекающего в нём тока изменяется незначительно. С. применяют для поддержания постоянства напряжения на заданном участке электрической цепи, например в стабилизаторах напряжения. Схема включения стабилитрона в параметрическом стабилизаторе напряжения

ПРИМЕНЕНИЕ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА: В ТИРАТРОНАХ Тиратрон - трёхэлектродный ионный прибор с накаливаемым холодным катодом, либо тлеющего разряда в среде заполняющего прибор газа.Т. применяются широко преимущественно в цепях формирования мощных импульсов электрического тока (главным образом в качестве коммутирующих приборов в модуляторах передатчиков радиолокационных станций).

Искровой разряд - - нестационарный электрический разряд в газе, возникающий в электрическом поле при давлении газа до нескольких атмосфер. Искровой разряд имеет вид пучка ярких зигзагообразных каналов. искра, одна из форм электрического разряда в газах; возникает обычно при давлениях порядка атмосферного и сопровождается характерным звуковым эффектом - "треском" искры. В природных условиях И. р. наиболее часто наблюдается в виде молнии ПРИМЕНЕНИЕ

ПРИМЕНЕНИЕ ИСКРОВОГО РАЗРЯДА: И. р. нашёл разнообразные применения в технике. С его помощью инициируют взрывы и процессы горения, измеряют высокие напряжения; его используют в спектроскопическом анализе, в переключателях электрических цепей, для высокоточной обработки металлов Электроискровая обработка. Основана на специфическом воздействии искрового разряда на материал. Позволяет получать изделия с высокой точностью и малой шероховатостью поверхности Электроискровой карандаш. Схема Портативный электроискровой дефектоскоп

Дуговой разряд - самостоятельный разряд в газе, протекающий при сравнительно небольшом напряжении и при большой плотности тока. Основной причиной дугового разряда является интенсивная термоэлектронная эмиссия раскаленного катода. ПРИМЕНЕНИЕ Электрическая дуга - один из видов самостоятельного дугового разряда в газе, в котором разрядные явления сосредоточены в узком ярко светящемся плазменном шнуре. При горизонтальном расположении электродов этот шнур под действием восходящих потоков нагретого разрядом газа принимает форму дуги.

ОГНИ СВЯТОГО ЭЛЬМА ОГНИ СВЯТОГО ЭЛЬМА (форма коронного разряда), электрические разряды в атмосфере в форме светящихся кисточек, наблюдаемые иногда на острых концах возвышающихся над земной поверхностью высоких предметов. Э. о. образуются в моменты, когда напряжённость электрического поля в атмосфере у острия достигает величины порядка 500 в/м и выше, что чаще всего бывает во время грозы или при её приближении, а зимой во время метелей. По физической природе Э. о. представляют собой особую форму коронного разряда. Коронный разряд Коронный разряд - электрическая корона; возникает при резко выраженной неоднородности электрического поля вблизи электродов. Подобные поля формируются у электродов с очень большой кривизной поверхности (острия, тонкие провода). При К. р. эти электроды окружены характерным свечением, также получившим название короны. Корона часто появляется на высоких остроконечных предметах вокруг проводов линий электропередач ПРИМЕНЕНИЕ

ПРИМЕНЕНИЕ КОРОННОГО РАЗРЯДА: В К. р. электрическая энергия преобразуется главным образом в тепловую - в соударениях ионы отдают энергию своего движения нейтральным молекулам газа. Этот механизм вызывает значительные потери энергии на высоковольтных линиях передач. Полезное применение К. р. нашёл в электрических фильтрах, электрической окраске (в частности, для нанесения порошковых покрытий). Электрический фильтр, аппарат для удаления из промышленных газов взвешенных жидких или твёрдых частиц путём ионизации этих частиц при прохождении газа через область коронного разряда и последующего осаждения на электродах

Газы обладают рядом свойств, которые делают их незаменимыми в очень большом числе технических устройств. Все особенности поведения газов, позволяющие использовать их на практике, можно установить с помощью уравнения состояния (3.9.9).
Газ - сжатое упругое тело
Как следует из уравнения состояния, давление, оказываемое газом на стенки сосуда, равно
(З-11-1)
Это давление исчезает лишь при m -> 0 (газа почти нет) или V -* оо (газ неограниченно расширился), а также при Т -1> О (молекулы газа не движутся).
Сила давления газа на стенки F = pS, представляет собой частный вид силы упругости. Газ подобен пружине, которая всегда сжата. Важно, что газ малой массы способен создавать сравнительно большое давление.
Управление давлением газа
Давление газа можно менять, изменяя его объем или температуру. Кроме того, силу давления газа легко регулировать и не меняя его объема или температуры. Газ - это сжатая «пружина», «жесткость» которой можно быстро изменить, используя прямо пропорциональную зависимость давления газа от его массы (см. формулу (3.11.1)). Увеличивая массу газа в любом замкнутом пространстве, мы можем увеличить давление. Так и поступают, например, накачивая автомобильную шину или футбольный мяч воздухом. Выпуская часть газа из сосуда, уменьшают его давление.
Большая сжимаемость газов
Газы, особенно при давлениях, близких к атмосферному, по сравнению с жидкостями и твердыми телами легко сжимаются. Это означает, что небольшое изменение давления заметно меняет их объем. И наоборот, значительное изменение объема не приводит к большому изменению давления.
Благодаря большой сжимаемости газа сила его давления мало меняется при расширении или сжатии. Поэтому газ, толкая поршень, совершает значительную работу на большом отрезке пути.
Хорошая сжимаемость газов позволяет запасать их в больших количествах в баллонах, удобных для хранения. С жатый природный газ транспортируется по трубам на расстояния в тысячи километров.
Зависимость объема газа от температуры
Объем газов значительно увеличивается при увеличении температуры. При нагревании на 1 °С объем газа при постоянном давлении увеличивается в сотни раз больше, чем объем жидких и твердых тел.
Все перечисленные свойства газов используются в технике.
Газ - амортизатор

Рис. 3.16
Вот как работает автомобильная или велосипедная шина. Когда колесо наезжает на бугорок, шина с находящимся в ней воздухом деформируется (рис. 3.16) и толчок, получаемый осью колеса, значительно смягчается. Если бы шина была жесткой, то ось подпрыгнула бы вверх на высоту бугорка или еще больше.
Газ- рабочее тело двигателей
Большая сжимаемость газов и ярко выраженная зависимость их давления и объема от температуры делают газ «удобным» рабочим телом в двигателях, работающих на сжатом га-зе, и в тепловых двигателях.
Свойство газа не сохранять свою форму, малая его плотность и возможность регулировки давления делают газ одним из самых совершенных амортизаторов.

В двигателях, работающих на сжатом газе, в частности на сжатом воздухе, газ (воздух) при расширении вследствие хорошей сжимаемости совершает работу почти при постоянном давлении. Сжатый воздух, оказывая давление на поршень, открывает двери в автобусах, поездах метро и электричках. Сжатым воздухом приводят в движение поршни воздушных тормозов железнодорожных вагонов и грузовиков. Пневматический молоток и другие пневматические инструменты приводятся в движение сжатым воздухом.
Даже на космических кораблях имеются небольшие реактивные двигатели, работающие на сжатом газе - гелии. Они ориентируют корабль нужным образом.
В двигателях внутреннего сгорания на автомобилях, тракторах, самолетах и в реактивных двигателях в качестве рабочего тела, приводящего поршень, турбину или ракету в движение, используют газы высокой температуры.
При сгорании горючей смеси в цилиндре (например, паров бензина и воздуха) температура резко увеличивается, давление на поршень растет и газ, расширяясь, совершает работу на всей длине рабочего хода поршня (рис. 3.17).
Практически только газ можно эффективно использовать в качестве рабочего тела в двигателях. Нагревание жидкого или твердого тела до такой же температуры, как и газа, вызвало бы лишь незначительное перемещение поршня.
Любое огнестрельное оружие в сущности является тепловой машиной. Рабочее тело здесь тоже газ - продукты сгорания взрывчатых веществ. Сила давления газа выталкивает пулю из канала ствола или снаряд из дула орудия. И существенно, что эта сила совершает работу на всей длине канала. Поэтому скорости пули и снаряда оказываются огромными: сотни метров в секунду.
Разреженные газы
Полезные свойства газов, с успехом используемые в технике, в некоторых случаях играют отрицательную роль. От газа трудно избавиться, т. е. получить газ в сосуде при очень низ- ком давлении - в состоянии вакуума, когда молекулы газа сталкиваются не друг с другом, а только со стенками сосуда.
Высокий вакуум нужен во многих случаях и главным образом в электронно-лучевых трубках и других вакуумных приборах. Иногда приходится создавать вакуум в очень больших объемах, например в огромных ускорителях элементарных частиц или для имитации космического пространства. Один из самых больших имитаторов в Хьюстоне (США) имеет диаметр 22 м и высоту 15-этажного дома (40 м). Когда астронавты высаживались на Луне, дублирующий экипаж проделывал те же операции в имитаторе. Это позволяло направлять действия астронавтов в случае непредвиденных аварий.
Высокий вакуум нужен и для многих других целей, в частности для выплавки свободных от оксидов металлов, создания термоизоляции, например в термосах.
Обычные поршневые насосы из-за просачивания газов между поршнем и стенками цилиндра становятся неэффективными. Получить с их помощью давление ниже десятых долей миллиметра ртутного столба не удается. Приходится для откачки газов применять различные сложные устройства.
В настоящее время при температуре 30 К достигнуты давления до 10~12 Па. При охлаждении до температуры жидкого гелия (= 5 К) давление должно было бы составлять 10~31 Па. Такое давление уже невозможно измерить. Концентрация газа при таком давлении п ~ 3 10"11 м~3. Это означает, что, например, через куб со стороной 1 м пролетит молекула 1 раз в 3 года. Даже давление в межгалактическом космическом пространстве намного больше: 10 27 Па. А внутри нашей галактики давление составляет 10~15 Па.

Газы обладают рядом свойств, которые делают их незаменимыми в очень большом числе технических устройств.

Большая сжимаемость и легкость газа, возможность регулировки давления делают его одним из самых совершенных амортизаторов, применяемых в ряде устройств.

Вот как работает автомобильная или велосипедная шина. Когда колесо наезжает на бугорок, то воздух в шине сжимается и толчок, получаемый осью колеса, значительно смягчается (рис. 35). Если бы шина была жесткой, то ось подпрыгнула бы вверх на высоту бугорка.

Большая сжимаемость и сильно выраженная зависимость давления и объема от температуры делают газ незаменимым рабочим телом в двигателях, работающих на сжатом газе, и в тепловых двигателях.

В двигателях, работающих на сжатом газе, например воздухе, газ при расширении совершает работу почти при постоянном давлении. Сжатый воздух, оказывая давление на поршень, открывает двери в автобусах и электропоездах. Сжатым воздухом приводят в движение поршни воздушных тормозов железнодорожных вагонов и грузовиков. Пневматический молоток и другие пневматические инструменты приводятся в движение сжатым воздухом. Даже на космических кораблях имеются небольшие реактивные двигатели, работающие на сжатом газе – гелии. Они ориентируют корабль нужным образом.

В двигателях внутреннего сгорания на автомобилях, тракторах, самолетах и в реактивных двигателях в качестве рабочего тела, приводящего поршень, турбину или ракету в движение, используют газы высокой температуры. При сгорании горючей смеси в цилиндре температура резко увеличивается до тысяч градусов, давление на поршень растет и газ, расширяясь, совершает работу на длине рабочего хода поршня (рис. 36).

Только газ можно использовать в качестве рабочего тела в тепловых двигателях. Нагревание жидкого или твердого тела до такой же температуры, как и газа, вызвало бы лишь незначительное перемещение поршня.

Любое огнестрельное оружие, в сущности, является тепловой машиной. Сила давления газов – продуктов сгорания взрывчатых веществ – выталкивает пулю из канала ствола или снаряд из дула орудия. И существенно, что эта сила совершает работу на всей длине канала. Поэтому скорости пули и снаряда оказываются огромными сотни метров в секунду.

Разреженные газы. Способность к неограниченному расширению приводит к тому, что получение газов при очень малых давлениях в состоянии вакуума – является сложной технической задачей. (В состоянии вакуума молекулы газа практически не сталкиваются друг с другом, а только со стенками сосуда.)

Обычные поршневые насосы из-за просачивания газов между поршнем и стенками цилиндра становятся неэффективными. Получить с их помощью давления ниже десятых долей миллиметра ртутного столба не удается. Приходится применять для откачки газов сложные устройства. В настоящее время достигнуты давления порядка 10-10 Па (10-12 мм рт. ст.).

Вакуум нужен главным образом в электронных лампах и других электронных приборах. Столкновения электрически заряженных частиц (электронов) с молекулами газа препятствуют нормальной работе этих приборов. Иногда приходится создавать вакуум в очень больших объемах, например в ускорителях элементарных частиц. Вакуум нужен также для выплавки свободных от примесей металлов, создания термоизоляции и т. д.

1. Что называют уравнением состояния? 2. Сформулируйте уравнение состояния для произвольной массы идеального газа. 3. Чему равна универсальная газовая постоянная? 4. Как связаны давление и объем газа при изотермическом процессе? 5. Как связаны объем и температура при изобарном процессе? 6. Как связаны давление и температура при изохорном процессе? 7. Как можно осуществить изотермический, изобарный и изохорный процессы? 8. Почему в качестве рабочего тела в тепловых двигателях используют только газы?