Общие сведения о газах.

Основные параметры воздуха. Основными характеристиками воздуха являются его физические параметры:

давление, температура и плотность. От величины этих параметров зависят свойства воздуха : вязкость, сжимаемость, упругость, влажность, и др.

Давление Р - это сила F, действующая на единицу поверхности S по нормали к ней:

P = F / S (1.1)

Измеряют давление манометрами, барометрами, вакуумметрами, а также различными датчиками давления

Единицы давления имеют размерность силы, делённой на площадь. В Международной системе единиц (СИ) Давление измеряется в ньютонах на квадратный метр (н/м² )

Техническая атмосфера (ат). В технике за единицу давления принята техническая атмосфера:

1 ат = 1 кгс/см² = 0,967841атм = 980665 н/м ².

Нормальная или физическая атмосфера (атм). Физической атмосферой называется нормальное атмосферное давление на уровне моря:

1 атм = 760 мм рт. ст. = 101 325 н/м ² = 101325 н/м².

Температура воздуха - это степень его нагретости. Температура измеряется в градусах по абсолютной шкале Кельвина ( К) или по шкале Цельсия (° С). В этих шкалах за начало отсчета температур приняты различные физические состояния газа. Температура газа по шкале Кельвина обозначается буквой Т, а по шкале Цельсия — буквой t.

За нуль в шкале Кельвина принята точка, лежащая на 273 деления ниже точки плавления льда и называемая абсолютным нулём. В шкале Цельсия за нуль принята точка плавления льда .

Плотность воздуха ρ— это отношение массы m или веса воздуха к его объему υ. Масса воздуха, заключенная в единице объема, называется массовой плотностью:

ρ = m / υ (1.2.)

Вес воздуха Gв , заключенный в единице объема, называется весовой плотностью γ (удельным или объемным весом):

γ = Gв / υ (1. 3 )

Физические свойства воздуха. Вязкость — свойство воздуха (газа) оказывать сопротивление движению своих частиц относительно друг другу а также перемещению в нем тела.

Вязкость характеризуется коэффициентами пропорциональности, называемыми коэффициентом динамической вязкости и коэффициентом кинематической вязкости.

Сжимаемость - свойство воздуха изменять свой объем и плотность при изменении давления и температуры.

Количественно сжимаемость можно охарактеризовать отношением изменения плотности ∆ ρ к изменению давления ∆ p, т. е . величиной ∆ρ / ∆ ρ. Если это значение велико то значит, что большое изменение плотности ∆ρ вызвано малым изменением давления ∆p. Это говорит о том, что воздух легко сжать. Если отношение ∆ρ / ∆p мало, то воздух сжать труднее, т. е. сжимаемость его меньше. Величина ∆ρ / ∆p обратно пропорциональна квадрату скорости звука

∆ρ / ∆p = 1/ a ² (1.4.)

На основании / 1 .4 / видно, что скорость распространения звука в данной среде характеризует сжимаемость среды. Чем среда менее сжимаема, тем больше скорость звука, чем легче сжать среду, тем меньше скорость звука. Из формулы

∆ρ / ∆p = 1 / 400 T (1.5.)

видно, что сжимаемость воздуха зависит от его температуры: чем температура ниже , тем сжимаемость больше.

Международная стандартная атмосфера.

Атмосфера — газовая оболочка земли. Атмосферой принято считать ту область вокруг Земли, в которой газовая среда вращается вместе с Землёй как единое целое. .Наблюдения показали, что атмосфера имеет чётко выраженное слоистое строение. (табл.1.1). Атмосфера состоит из тропосферы, верхняя граница которой достигает в среднем до11 км, с 11 до 35 км расположена стратосфера, между этими сферами находится слой тропопаузы. С высоты 35 км до 80 км находится мезосфера и слой мезопаузы. Выше 80 км находится термосфера.

В самой нижней части атмосферы - тропосфере, наблюдается интенсивное турбулентное перемешивание, в результате чего давление, температура и массовая плотность воздуха атмосферы изменяются в широких пределах и зависят от широты и долготы места, высоты, времени года, суток и т. д. Таблица 1.1.

.

Для удобства выполнения расчетов, пригодных для различных условий атмосферы в мировой практике принята осредненная стандартная атмосфера, которую называют международной стандартной атмосферой (МСА). Параметры стандартной атмосферы соответствуют среднегодовым значениям параметров воздуха в средних широтах.

В МСА за начало отсчета высоты принят уровень моря при следующих условиях:

Атмосферное давление = 760 мм рт. ст. или ρо = 1013мб (в системе СИ ρо = 1О1,325 ∙ 10 ³ н/м ²).

температура t = 15°С (288°К);

массовая плотность воздуха ρо = 0.125 кГ.сек ² / м4 (в системе СИ ρо = 1,2257 кГ/м³)

Контрольные вопросы

1. Что такое температура воздуха?

2. Что такое давление воздуха?

3. От каких параметров воздуха зависит скорость звука?

4. Где может применяться МСА?

5. Как количественно определяется сжимаемость?