Как найти плотность смеси

Как найти плотность смеси

Как найти плотность смеси

Спонсор размещения P&G Статьи по теме «Как найти плотность смеси» Как определить концентрацию кислоты Как определить массу Земли Как определить плотность электролита

Для измерения плотности жидкой смеси возьмите ареометр. Погрузите его в жидкость, чтобы он свободно плавал в ней. В верхней части ареометра находится шкала. Определите плотность смеси, совмещая шкалу с нижним краем мениска жидкости, в которую он погружен.

Для расчета плотности смеси взвесьте ее на весах. Значение массы m получите в граммах. С помощью мерного цилиндра, или другим способом, определите объем взвешенного количества смеси V. Измерение произведите в см?. Рассчитайте плотность смеси, поделив ее массу на объем, ?=m/V. Результат получите в г/см?. Чтобы перевести его в кг/м?, результат умножьте на 1000.

Пример

При переплавке двух металлов получили 400 г сплава, объемом 50 см?. Определите его плотность. Рассчитайте значение плотности по формуле ?=400/50=8 г/ см? или 8000 кг/м?.

Если известны плотности веществ, которые будут смешиваться, и их объемы, как это часто встречается при смешивании жидкостей, рассчитайте плотность получившейся смеси. Измерьте объем смеси.

Он может несколько отличаться от суммарного объема смешиваемых жидкостей. Например, при смешивании 1 литра спирта и 1 литра воды объем смеси окажется меньше 2-х литров.

Это связанно с особенностями строения молекул этих двух жидкостей.

Если плотности смешиваемых жидкостей неизвестны, найдите их значение в специальной таблице. Для расчета найдите сумму произведений плотности каждой из жидкостей на ее объем ?1•V1+ ?2•V2+ ?3•V3+… и т.д. Полученное значение поделите на общий объем смеси V, ?=(?1•V1+ ?2•V2+ ?3•V3+…)/V.

Пример

При смешивании 1 л воды и 1 л этилового спирта получили 1,9 л смеси. Определите ее плотность. Плотность воды равна 1 г/ см?, спирта — 0,8 г/см?. Переведите единицы объема: 1 л=1000 см?, 1,9=1900 см?. Рассчитайте плотность смеси по формуле для двух компонентов ?=(?1•V1+ ?2•V2)/V=(1•1000+ 0,8•1000)/1900?0,947 г/см?.

Источник:

Задача 407. Найти плотность газовой смеси, состоящей по массе из одной части водорода и восьми частей кислорода при давлении и температуре

Решение задач, контрольных работ по физике.Задача 407.

Найти плотностьгазовой смеси, состоящей по массе из одной части водорода и восьми частей кислорода при давлениии температуре

Дано :

Найти g.

Решение. Пустьи- масса водорода и кислорода,и- их парциальные давления,объём смеси газов. Согласно уравнению Менделеева – Клапейрона для водорода имеем

( 1 )

а для кислорода

( 2 )

где- молярная масса водорода,- молярная масса кислорода,- универсальная газовая постоянная. Сложим левые и правые части уравнений (1) и (2), учитывая, что- давление смеси газов:

откуда объём

Масса смесипоэтому её плотность

( 3 )

Пусть масса одной части составляетТогда массачастей водорода

а массачастей кислородаПодставляем значения

ив формулу (3):

Проверка размерности:Подставляем данные:

Ответ:

Задача 417.

Найти среднее число столкновений в 1 секунду молекул углекислого газа при температуреесли длина свободного пробега при этих условиях равна

Дано:

Найти

Решение. Среднее число столкновения в единицу времени рассчитывается по формуле

( 4 )

где- средняя арифметическая скорость молекул,- средняя длина свободного пробега. В свою очередь скоростьнаходится по формуле

( 5 )

где- молярная масса углекислого газа

Подставляем (5) в (4)Проверка размерности:Подставляем данные:

Ответ:

Задача 427.

В баллоне объёмомлитров находится гелий под давлениеми при температурепосле того, как из баллона было взятогелия, температура в баллоне понизилась доОпределить давлениегелия, оставшегося в баллоне, и изменение внутренней энергии газа.

Дано:

Найти

Решение. Пусть- начальная масса гелия. Запишем уравнение Менделеева – Клапейрона

( 6 )

где- молярная масса гелия. После изъятия из баллона гелия массойего масса становится равнойи уравнение Менделеева – Клапейрона принимает вид

( 7 )

Из (6) находим массу

и подставляем её в (7)

откуда давление

( 8 )

Начальная внутренняя энергия гелияа его конечная внутренняя энергия

где- число степеней свободы молекулы. Изменение внутренней энергии.

( 9 )

Подставляем начальную массув формулу (9)

( 10 )

Проверка размерности:

Подставляем данные в формулы (8) и (10), учитывая, что гелий – одноатомный газ, поэтому имеются только три поступательные степени свободы

Отрицательный знакуказывает на то, что внутренняя энергия гелия уменьшается.

Ответ:

Задача 437.

Азот массойадиабатически расширили в

а затем изобарно сжали до первоначального объёма. Определить изменение энтропии DS газа в ходе указанных процессов.

Дано:

Найти

Решение. Процессы, в которых участвует газ, изображены на рис.1 на

— диаграмме.

Процесс 1-2 представляет собой адиабатическое расширение, а процесс 2-3 – изобарное сжатие. Изменение энтропии в этих процессах

( 11 )

где- подводимое к газу количество теплоты. При адиабатическом процессе газ теплоизолирован иПоэтому в данном процессе энтропия не изменяется:

При изобарном процессе при изменении температуры на малое значение

( 12 )

где- молярная теплоёмкость при постоянном давлении. Подставляем (12) в (11), получаем

( 13 )

гдетемпература газа в состояниях 2 и 3. При изобарном процессе

поэтому

( 14 )

( см.рис.1). Молярная теплоёмкость при постоянном давлении

( 15 )

При этом число степеней свободы для двухатомной молекулы азотаПодставляя (14) и (15) в ( 13), окончательно получаем

Проверка размерности:Подставляем данные:Видно, что энтропия при переходе газа из состояния 1 в состояние 3 уменьшается.

Ответ:

Задача 447.

За 5 мин. излучается энергияПлощадь окошкаПринимая, что окошко излучает как абсолютно чёрное тело, определить температуру печи.

Дано:

Найти

Решение. Излучаемая энергия равна

( 16 )

гдеэнергетическая светимость,- площадь излучателя,промежуток времени. Согласно закону Стефана – Больцмана энергетическая светимость абсолютно черного тела

( 17 )

где- постоянная Стефана- Больцмана,- температура. Подставляем (17)в (16)

откуда находим температуру

Проверка размерности:Подставляем данные:

Ответ:

Задача 457.

В одном акте деления ядра уранаосвобождается энергияОпределить: 1) энергию, выделяющуюся при распаде всех ядер этого изотопа урана массой2) массу каменного угля с удельной теплотой сгорания

эквивалентную в тепловом отношенииурана

Дано:

Найти

Решение. Если в одном анте деления выделяется энергиято при распадеядер выделяется энергия

Рассчитаем количество ядерв уране массойКоличество уранагде- молярная масса изотопаПоэтому

гдепостоянная Авогадро. Таким образом, выделяемая энергия

Эквивалентная в тепловом отношении масса каменного угляПроверка размерности:

Подставляем данные, предварительно переведя энергиюизв

Ответ: 1)2) 2,8 тысячи тонн.

Литература.1.Физика. Задания на контрольные работы № 3и4 с методическими указаниями для студентов 2 курса инженерно-технических специальностей. Сост. Недостаев В.Н. и др. РГОТУПС МПС РФ, 2004.2.Яворский А.А., Детлаф Б.М. Курс физики. М.: Высшая школа,2001.

Помощь на экзамене онлайн.

Источник:

Расчет плотности смеси двух углеводородных жидкостей. Измерение наименьшего перепада давления

Таблица 1

Вопрос.  Какова плотность смеси двух углеводородных жидкостей, если для нее взято 0,4л нефти (ρн = 850кг/м3) и 0,6л керосина (ρк = 800кг/м3).

Решение

Определяем плотность смеси по выражению    ρсм = Σriρi, где ri – объемные доли жидкостей.

Объем все смеси     V = Vн + Vк = 0,4 + 0,6 = 1,0л.

Объемные доли       rн == 0,4;    rн == 0,6.

Плотность смеси      ρсм = 0,4∙850 + 0,6∙800 = 820кг/м3.

Ответ:  820кг/м3.

Вопрос.  Два одинаковых, считающихся недеформируемыми образца породы при пластовом давлении в лабораторных условиях насыщены один водой, а второй нефтью. Сравните объемы жидкости, вытекающие из образцов при снижении давления до атмосферного.

Источник: https://soveti-masterov.com/sovety/kak-najti-plotnost-smesi.html

Лекция 3

Как найти плотность смеси

Вопросы: Состав и физико-химическиесвойства природных газов, их классификация.Газовые смеси, плотность газов, составгазовой смеси. Парциальные давление иобъём в смеси идеальных газов. Аналитическиеметоды расчета физических свойствприродных газов. Вязкость газа

Состав и физико-химические свойства природных газов. Классификация природных газов

Природные газы, добываемые из чистогазовых, нефтяных и газоконденсатныхместорождений, состоят из углеводородовгомологического ряда метана (СnН2n+2), а также неуглеводородныхкомпонентов: азота (N2),углекислого газа (СО2), сероводорода(H2S),редкоземельных (инертных) газов (гелия,аргона, криптона, ксенона), ртути. Числоуглеродных атомов n в молекуле углеводородовможет достигать 17 и более.

Метан(СН4),этан (С2Н6)и этилен (С2Н4)при нормальных условиях (Р = 0,1 МПа и T =273 К) являются реальными газами. Пропан(С3Н8),пропилен (С3Н6),изобутан (i-C4H10),нормальный бутан (n-С4Н10),бутилены C4Н8)при атмосферных условиях находятся впарообразном (газообразном) состоянии,при повышенных давлениях – в жидком. Онивходят в состав жидких (сжижаемых,сжиженных) углеводородных газов.

Углеводороды, начиная с изопентана(i-C5H12)и более тяжелые (17 > n > 5) при атмосферныхусловиях находятся в жидком состоянии.Они входят в состав бензиновой фракции.Углеводороды, молекула которых состоитиз 18 и более атомов углерода (отC18H38),расположенных в одну цепочку, приатмосферных условиях находятся в твердомсостоянии.

Природные газы подразделяются на тригруппы:

1. Сухой газ, свободный от тяжелыхуглеводородов, добываемый из чистогазовых месторождений.

2. Смесь сухого газа, пропанобутановойфракции (сжиженного газа) и газовогобензина, добываемые вместе с нефтью.

3. Сухой газ и жидкий углеводородныйконденсат, добываемые из газоконденсатныхместорождений.

Углеводородный конденсат состоит избольшого числа тяжелых углеводородов,из которых можно выделить бензиновые,лигроиновые, керосиновые, а иногда иболее тяжелые маслянистые фракции.

Следует отметить, что в промышленностииспользуются искусственные газы,полученные из твердых топлив (горючиесланцы, бурый уголь и пр.).

Газовые смеси. Плотность газов

Под плотностью, или объёмной массой,тела понимают отношение массы тела всостоянии покоя к его объёму.

Плотность газа в нормальных физических условиях(при0,1013 МПа и 273 К) можно определить по формуле

(1)

где М молекулярная масса.

Если плотность газа задана при давлении0,1013 МПа, то пересчёт её на другое давление(при той же температуре) для идеальногогаза проводится по формуле

(2)

где Р – давление, МПа.

Часто для характеристики газа применяютотносительную плотность его по воздухупри нормальных условиях (0,1013 МПа и 273 К)

(3)

Коммерческие расчёты в газовойпромышленности проводят при стандартныхфизических условиях – 0,1013 МПа и 293 К.

Состав газовой смеси

Газовые смеси (как и смеси жидкостей ипаров) характеризуются массовыми илимолярными концентрациями компонентов.Объёмный состав газовой смеси примерносовпадает с молярным, так как объёмы 1кмоля идеальных газов при одинаковыхфизических условиях по закону Авогадроимеют одно и то же численное значение,в частности при 273 К и 0,1013 МПа составляют22,41 м3.

Для характеристики газовой смеси следуетзнать её среднюю молекулярную массу,среднюю плотность (в кг/м3) илиотносительную плотность по воздуху.

Если известен молярный состав смеси впроцентах, то среднюю молекулярнуюмассу вычисляют по формуле

(4)

где у1, у2, …,уn—молярные(объёмные) доли компонентов, %;

Ml,М2, …, Mn- молекулярные массыкомпонентов.

Еслизадан массовый состав смеси, то еёсреднюю молекулярную массу определяютпо формуле

(5)

где g1,g2,…,gn—массовыедоли компонентов, %.

Плотность смеси ρсм определяетсяпо вычисленному значению среднеймолекулярной массы Мсмпо формуле,аналогичной (1)

(6)

Относительнуюплотность смеси вычисляют по формуле

(7)

где ρи ρв— плотности соответственно смеси ивоздуха при 273 К и 0,1013 МПа.

Парциальныедавление и объём компонента в смесиидеальных газов

Смесиидеальных газов характеризуютсяаддитивностьюпарциальных давлений и парциальныхобъёмов. Это означает, что каждый газ всмеси идеальных ведет себя так, как еслибы в данном объёме он был бы один.

Парциальное давление газа – давлениегаза, входящего в состав газовой смеси,которое он оказывал бы, занимая одинвесь объём смеси и находясь при неизменныхпервоначальных объёме и температуре.

Парциальный объём – объём, которыйзанимал бы газ, входящий в состав газовойсмеси, если бы он находился при тех жедавлении и температуре, что и вся смесь.

Аддитивностьпарциальных давлений выражается закономДальтона, согласно которому

(8)

где р– общее давление смесигазов;

piпарциальное давлениеi-го компонента в смеси;

(9)

или

(10)

где ni– число молей i-го компонента в смеси;

N– общее число молей смеси;

уini/Nмолярная доля i-го компонента всмеси.

Таким образом, парциальное давлениекомпонента рiв смесиидеальных газов равно произведению егомолярной доли в смесиyiна общее давление смеси газовр.

Аддитивность парциальных объёмовкомпонентов газовой смеси выражаетсязаконом Амага, согласно которому

(11)

где V– общий объём смеси;

Vi, – парциальный объёмi-го компонента в смеси.

(12)

или

(13)

Таким образом, парциальный объёмкомпонента в смеси идеальных газов; Viравен произведению егомолярной долиуiвсмеси на общий объёмVсмеси газов.

Аналитическиеметоды расчета физических свойствприродных газов

Для определения многих физическихсвойств природных газов используютуравнение состояния – аналитическуюзависимость между параметрами,описывающими изменение

простого или сложного вещества (давление,объём и температура).

Клапейрон и Менделеев предложилиследующее уравнение состояния идеальныхгазов:

(14)

где р – абсолютное давление. Па;

V –объём, м3;

G– масса вещества, кг;

Т– абсолютная температура, К;

R– удельнаягазовая постоянная, Дж/(кг К).

Идеальным называется газ, собственныйобъём молекул, которого пренебрежимомал по сравнению с объёмом, занимаемымгазом, и когда отсутствует взаимодействиемежду молекулами.

С термодинамической точки зренияидеальным называется газ, для которогосправедливо равенство

(15)

где Е – внутренняя энергия парообразования,Дж/моль или

(16)

где zкоэффициентотклонения реального газа от законаидеального.

Экспериментальная проверка уравнения(14), проведенная многими исследователями,показала, что изменение свойств реальныхгазов при высоких давлениях нельзяописать зависимостью (16).

Голландский физик Ван-дер-Ваальс в 1879г. предложил учесть собственный объёммолекул газа и силы их взаимногопритяжения посредством введениядополнительных членов в уравнениеКлапейрона – Менделеева:

(17)

где v – V/G– удельный объем газа, м3/кг;

а/v2– константа сцеплениямолекул. Па;

b– поправка на собственный объёммолекул, м3.

В уравнении (17) слагаемое а/v2,выражает внутреннее давление, котороеявляется как бы равнодействующей силпритяжения всех молекул в объёмеV.Оно прибавляется к внешнему давлению.Это уравнение приближенное.

В соотношениях для критического состояниявещества

(18)

коэффициенты aиbвыражаютсячерез критическое давлениеркри критическую температуруТкрследующим образом:

;(19)

Ван-дер-Ваальс нашел, что поправка bна собственный объём молекул, имеющихшарообразную форму, равна учетверённомуобъёму молекул.

Уравнение (17) приближенное. Коэффициентыаиbв действительностиявляются сложными функциями объёма,температуры, формы молекул газа.

Критическая температура чистого вещества- это максимальная температура, прикоторой жидкая и паровая фазы могутсосуществовать в равновесии, или татемпература, при которой средняямолекулярная кинетическая энергиястановится равной потенциальной энергиипритяжения молекул. При более высокойтемпературе существование жидкой фазыневозможно.

Давлениепаров вещества при критической температуреназывается критическим давлением, аобъём вещества, отнесенный к одномумолю или другой единице массы вещества,называется критическим удельным объёмом.Критической принято называть такуютемпературу, выше которой газ поддействием давления любого значения неможет быть обращен в жидкость.

На рис. 1. приведена зависимость давления(упругости насыщенных паров) чистыхвеществ от температуры. Эта зависимостьболее точно описывает изменение свойствреальных газов при давлениях до 10 МПаи температурах от 283 до 293 К, но она неможет численно описывать изменение,свойств многокомпонентных смесейместорождений природных газов.

Рисунок1. Зависимость давления (упругостинасыщенных паров) чистых веществ оттемпературы

Давление, необходимое для сжижения газапри критической температуре, называетсякритическим.

Кроме критического давленияи критической температуры вводитсяпонятие критического объёма, равногообъёму одного моля газа при критическихдавлении и температуре.

Для природныхгазов, представляющих собой смесьотдельных компонентов, значения Ркри Ткропределяютсякак среднекритические (псевдокритические).

Средние критические давление и температурусмеси можно определить по формулам:

(20)

где х1, х2…хn– объёмные доли компонентов, входящихв состав газа;

критические давления компонентов;

– критические температуры компонентов.

Следует отметить, что коэффициентсверхсжимаемости природной углеводороднойсмеси Zсмможно определить пографической зависимости представленнойна рисунке 1.2.

Если известна относительная плотностьгаза ,то средние критические давление итемпературу природного газа можноопределить по графикам.

При содержании в природном газеN2,СО2илиH2Sв значенияРкриТкрвводятся соответствующие поправки.Когда содержаниеN2,CO2или Н2Sпревышает 15% об.

, вместо графиков дляопределенияРкриТкрследует пользоваться формулой (1.20).

Рис. 1.2. Значение коэффициентасверхсжимаемости zпо данным Стэндинга и Катца

Для приближенных расчётов при изменении,от 0,5 до 0,9 значенияРкриТкрможно определитьпо формулам:

,МПа (21)

Часто в расчётах, например, при определениивязкости и коэффициента сверхсжимаемостигаза, пользуются так называемымиприведенными давлениями и температурами.

Приведенными параметрами индивидуальныхкомпонентов называют безразмерныевеличины, показывающие, во сколько раздействительные параметры состояниягаза (давление, абсолютная температура,объём, плотность, коэффициент отклонения)больше или меньше критических:

Приведенным давлением Рпрназывается отношение давления газаРк его критическому давлениюРкр

(22)

Приведенной температурой газа Тпрназывается отношение абсолютнойтемпературы газаТк его критическомузначению:

, (23)

Дальнейший прогресс науки и техникипотребовал разработки более точногоуравнения состояния природных газов,способного правильно описывать изменениеих свойств при давлениях до 100 МПа итемпературах до 573 К в процессах добычигаза и при давлениях до 20 МПа и низкихтемпературах до 223 – 93 К (от минус 50 доминус180°С) в процессах переработкиприродных газов.

В решении этой проблемы выявились дванаправления:

1) введение поправочного коэффициентаzв уравнение состоянияидеального газа (1.17), учитывающегоотклонение реального газа от идеального,т. е.pV==zRT

2) дополнение уравнения состоянияидеального газа большим числом констант.

Источник: https://studfile.net/preview/2180155/page:7/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.