Упражнение 11

Чем обусловлено давление газа на стенки сосуда? Как найти давление и по какой формуле? Наглядные примеры и решения!

Михаил Александров

Давление газа

Мы только что выяснили, что молекулы газа беспорядочно движутся. Во время движения они сталкиваются друг с другом, а также со стенками сосуда, в котором этот газ находится. Поскольку молекул много, ударов тоже много.

Например, в комнате, в которой вы сейчас находитесь, на каждый квадратный сантиметр за 1 с молекулами воздуха наносится столько ударов, что их количество выражается двадцати трехзначным числом.

Хотя сила удара отдельной молекулы мала, действие всех молекул о стенки сосуда приводит к значительному давлению. Это как если бы один комар толкал машину, то она бы и не сдвинулась с места, а вот пару сотен миллионов комаров вполне себе способны эту машину сдвинуть.

Решение упражнений к учебнику Г.Я.Мякишева, Б.Б.Буховцева

1. Какую площадь может занять капля оливкового масла объемом 0,02 см3 при расплывании ее на поверхности воды?

2. Определите молярные массы водорода и гелия.

3. Во сколько раз число атомов в углероде массой 12 кг превышает число молекул в кислороде массой 16 кг?

4. Каково количество вещества (в молях), содержащегося в воде массой 1 г?

5. Молярная масса азота равна 0,028 кг/моль. Чему равна масса молекулы азота?

6. Определите число атомов в меди объемом 1 м3. Молярная масса меди М = 0,0635 кг/моль, ее плотность ρ = 9000 кг/м3.

7. Плотность алмаза 3500 кг/м3. Какой объем займут 1022 атомов этого вещества?

8. Под каким давлением находится газ в сосуде, если средний квадрат скорости его молекул v2 = 106 м2/с2, концентрация молекул n = 3 • 1025 м-3, масса каждой молекулы m0 = 5 • 10-26 кг?

9. В колбе объемом 1,2 л содержится 3 •1022 атомов гелия. Чему равна средняя кинетическая энергия каждого атома? Давление газа в колбе 105 Па.

10. Вычислите средний квадрат скорости движения молекул газа, если его масса m = 6 кг, объем V=4,9 м3 и давление р = 200 кПа.

Под каким давлением находится газ в сосуде если средний квадрат 10 6

Ðавление опÑеÑÑовки ÑÑÑб на повеÑÑноÑÑи опÑеделÑÑÑ Ð¸Ð· вÑÑÐ°Ð¶ÐµÐ½Ð¸Ñ Ñ0п ÑÑ / 2, где ÑÑ — избÑÑоÑное внÑÑÑеннее давление, опÑеделÑемое по ÑоÑмÑле (4.7); и2 — Ð·Ð°Ð¿Ð°Ñ Ð¿ÑоÑноÑÑи: 21 1 Ð´Ð»Ñ ÑÑÑб диамеÑÑами 114 — 219 мм и 1 45 Ð´Ð»Ñ ÑÑÑб диамеÑÑом ÑвÑÑе 219 мм.
â

Ðавление опÑеÑÑовки ЦÐРопÑеделÑеÑÑÑ Ð½ÐµÐ¾Ð±ÑодимоÑÑÑÑ Ð¾Ð±ÐµÑпеÑÐµÐ½Ð¸Ñ ÐµÐ³Ð¾ геÑмеÑиÑноÑÑи и 3 — Ñ Ð¼ÐµÑÑов ÑазÑеза под баÑмаком кондÑкÑоÑа. ÐÑи вÑкÑÑÑом пÑодÑкÑивном плаÑÑе и замеÑении глиниÑÑого ÑаÑÑвоÑа плаÑÑовÑм ÑлÑидом вÑего ÑÑвола ÑкважинÑ, во вÑÐµÐ¼Ñ Ð¾ÑкÑÑÑого ÑонÑаниÑованиÑ, и закÑÑÑии ÑÑÑÑÑ ÑÐºÐ²Ð°Ð¶Ð¸Ð½Ñ Ð²ÐµÑÑ ÑазÑез ÑÐºÐ²Ð°Ð¶Ð¸Ð½Ñ Ð¾Ñ Ð¿Ð»Ð°ÑÑа до ÑÑÑÑÑ Ð´Ð¾Ð»Ð¶ÐµÐ½ бÑÑÑ Ð³ÐµÑмеÑиÑнÑм и непÑинимаÑÑ Ð³Ð°Ð·.
â

Ðавление опÑеÑÑовки ÑеменÑного колÑÑа ÑÑÑанавливаеÑÑÑ Ð¸Ð· ÑаÑÑеÑа 20 ÐºÐ³Ñ / Ñм2 на 1 м вÑÑоÑÑ ÑеменÑного колÑÑа. Ð ÑлÑÑае негеÑмеÑиÑноÑÑи ÑеменÑного колÑÑа пÑоводиÑÑÑ ÐºÐ¾Ð¼Ð¿Ð»ÐµÐºÑ Ð¼ÐµÑопÑиÑÑий по его иÑпÑавлениÑ.
â

ÐбÑÑно давление опÑеÑÑовки ÑкÑплÑаÑаÑионнÑÑ ÐºÐ¾Ð»Ð¾Ð½Ð½ ÑоÑÑавлÑÐµÑ 15 — 20 ÐÐа в ÑкÑплÑаÑаÑионнÑÑ ÑÐºÐ²Ð°Ð¶Ð¸Ð½Ð°Ñ Ð¸ 20 — 40 ÐÐа — в ÑазведоÑнÑÑ.
â

ÐÑÐ¸Ð²Ð°Ñ Ð´Ð°Ð²Ð»ÐµÐ½Ð¸Ð¹ опÑеÑÑовки ÑазбиваеÑÑÑ Ð¿Ð¾ глÑбине в ÑооÑвеÑÑÑвии Ñ ÐºÐ¾Ð½ÑÑÑÑкÑией ÑкÑплÑаÑаÑионной ÐºÐ¾Ð»Ð¾Ð½Ð½Ñ Ð¿ гÑаÑиÑеÑки опÑеделÑеÑÑÑ Ð¼Ð°ÐºÑималÑное давление Ð´Ð»Ñ ÐºÐ°Ð¶Ð´Ð¾Ð¹ ее ÑекÑии.
â

ÐелиÑÐ¸Ð½Ñ Ð´Ð°Ð²Ð»ÐµÐ½Ð¸Ð¹ опÑеÑÑовки пÑÐ¸Ð²ÐµÐ´ÐµÐ½Ñ Ð² гл. Ð ÑлÑÑае обнаÑÑÐ¶ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð½ÐµÐ¿Ð»Ð¾ÑноÑÑей ÑледÑÐµÑ ÑÑÑÑаниÑÑ Ð¸Ñ Ð¿Ð¾Ð´ÑÑгиванием ÑланÑевÑÑ Ð¸ гаеÑнÑÑ Ñоединений или заменой пÑокладок.
â

ÐÑи давлениÑÑ Ð¾Ð¿ÑеÑÑовки , пÑевÑÑаÑÑÐ¸Ñ 0 6 ÐÐа ( пÑи ÑемпеÑаÑÑÑе 20Э С), пÑименÑÑÑ Ð½Ðµ ÑиÑÑÑй ÑÑеон, а ÑаÑе вÑего его ÑмеÑÑ Ñ Ð²Ð¾Ð·Ð´ÑÑом. УменÑÑаÑÑÑÑÑÑ ÑÑвÑÑвиÑелÑноÑÑÑ ÐºÐ¾Ð½ÑÑÐ¾Ð»Ñ ( из-за Ð¿Ð¾Ð½Ð¸Ð¶ÐµÐ½Ð¸Ñ ÐºÐ¾Ð½ÑенÑÑаÑии ÑÑеона в ÑмеÑи) компенÑиÑÑÑÑ Ð¿Ð¾Ð²ÑÑением Ð´Ð°Ð²Ð»ÐµÐ½Ð¸Ñ ÑмеÑи.
â

ÐÑи давлении опÑеÑÑовки 10 ÐÐа пÑиемиÑÑоÑÑÑ ÐµÐµ оÑÑÑÑÑÑвÑеÑ. Скважина вÑÑÑпила в ÑкÑплÑаÑаÑиÑ.
â

СнÑÑие же Ð´Ð°Ð²Ð»ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð¾Ð¿ÑеÑÑовки пÑоизводиÑÑÑ Ð¿Ñи ÑемпеÑаÑÑÑаÑ, когда ÑÑмма дополниÑелÑнÑÑ ÑаÑÑÑгиваÑÑÐ¸Ñ ( Ð¾Ñ Ñакого ÑнÑÑиÑ) и ÑеÑмоÑпÑÑÐ³Ð¸Ñ ÑадиалÑнÑÑ Ð½Ð°Ð¿ÑÑжений окажеÑÑÑ Ð½Ð¸Ð¶Ðµ пÑедела пÑоÑноÑÑи Ñ ÑÑеÑом заданного коÑÑÑиÑиенÑа запаÑа пÑоÑноÑÑи.
â

Роп — давление опÑеÑÑовки ÐºÐ¾Ð»Ð¾Ð½Ð½Ñ ( ÑкважинÑ) на геÑмеÑиÑноÑÑÑ Ð¸Ð»Ð¸ пеÑепад Ð´Ð°Ð²Ð»ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð½Ð° моÑÑ; grad P — допÑÑÑимÑй гÑÐ°Ð´Ð¸ÐµÐ½Ñ Ð´Ð°Ð²Ð»ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð½Ð° моÑÑ.
â

ÐеÑÐ¾Ð´Ð¸ÐºÑ Ð¾Ð¿ÑÐµÐ´ÐµÐ»ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð´Ð°Ð²Ð»ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð¾Ð¿ÑеÑÑовки пÑоÑледим на ÑиÑленном пÑимеÑе. ÐпÑеделим велиÑÐ¸Ð½Ñ Ð´Ð°Ð²Ð»ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð¾Ð¿ÑеÑÑовки.
â

ÐÑеделÑнÑе велиÑÐ¸Ð½Ñ Ð´Ð°Ð²Ð»ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð¾Ð¿ÑеÑÑовки колонн ÑÑÑб на геÑмеÑиÑноÑÑÑ ÑжаÑÑм воздÑÑом оказÑваÑÑÑÑ Ð² ÑÑде ÑлÑÑаев намного ниже гидÑавлиÑеÑÐºÐ¸Ñ Ð¸ плаÑÑовÑÑ Ð´Ð°Ð²Ð»ÐµÐ½Ð¸Ð¹.
â

Условие задачи:

В сосуде вместимостью 2 м3 находится 2,4 кг газа. Под каким давлением находится газ, если средняя квадратичная скорость его молекул равна 500 м/с?

Задача №4.1.39 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

Чем опасно низкое давление

Гипотония – это состояние, при котором верхнее давление меньше 100, а нижнее меньше 70. Опасность этого состояния – недостаток кислорода, поступающего к головному мозгу и внутренним органам.

Само по себе пониженное давление неопасно и редко выступает самостоятельным заболеванием. В большинстве случаев гипотония диагностируется при давлении 100 на 70 (60), и развивается на фоне нарушения работы щитовидной железы или вегетативного отдела нервной системы.

Опасными являются показатели АД ниже 80 на 60. При этом ухудшение самочувствия нарастает очень быстро и часто приводит к обмороку. В некоторых случаях, внезапное понижение АД может стать причиной комы.

Гипотония опасна риском инсульта. Это состояние развивается из-за гипоксии головного мозга. Критическое значение артериального давления, при котором риск летального исхода очень высок – это ниже 50 мм.рт.ст. При таких показателях происходят необратимые изменения в тканях головного мозга.

При снижении давления до 70 на 50 мм.рт.ст. человеку необходима срочная госпитализация.

Дано:

(V=2) м3, (m=2,4) кг, (upsilon_{кв}=500) м/с, (p-?)

Зависимость давления от других величин

Зависимость давления от объема

В механике есть формула давления, которая показывает: давление прямо пропорционально силе и обратно пропорционально площади, на которую эта сила оказывается.

Давление p = F/S p — давление [Па] F — сила [Н] S — площадь [м^2]

То есть, если наши двести миллионов комаров будут толкать легковую машину, они распределятся по меньшей площади, чем если бы они толкали грузовой автомобиль (просто потому что легковая меньше грузовика).

Из формулы давления следует, что давление на легковой автомобиль будет больше из-за меньшей площади.

Давайте рассмотрим аналогичный пример с двумя сосудами разной площади.

Давление в левом сосуде будет больше, чем во втором, по аналогичной схеме — потому что площадь меньше. Но если площадь основания меньше, то и объем меньше. Это значит, что давление будет зависеть от объема следующим образом: чем больше объем, тем меньше давление — и наоборот.

При этом зависимость будет не линейная, а примет вот такой вид (при условии, что температура постоянна):

Такая зависимость называется законом Бойля-Мариотта.

Она экспериментально проверяется с помощью такой установки.

Объем шприца увеличивают с помощью насоса, а манометр измеряет давление. Эксперимент показывает, что при увеличении объема давление действительно уменьшается.

Зависимость давления от температуры

Рассмотрим зависимость давления газа от температуры при условии неизменного объема определенной массы газа. Эти исследования были впервые произведены в Жаком Шарлем.

Газ нагревался в большой колбе, соединенной с ртутным манометром в виде узкой изогнутой трубки. Пренебрегая ничтожным увеличением объема колбы при нагревании и незначительным изменением объема при смещении ртути в узкой манометрической трубке.

Таким образом, можно считать объем газа неизменным. Подогревая воду в сосуде, окружающем колбу, измеряли температуру газа по термометру, а соответствующее давление — по манометру.

Этот эксперимент показал, что давление газа увеличивается с увеличением температуры. Это связано с тем, что при нагревании молекулы газа движутся быстрее, из-за чего чаще ударяются о стенки сосуда.

С температурой все проще. Зависимость давления от температуры при постоянных объеме и массе будет линейно:

Эта зависимость называется законом Шарля.

Требования безопасности при повышении нефтегазоотдачи пластов и производительности скважин

1. Работы по нагнетанию в скважину газа, пара, химических и других агентов проводятся в соответствии с планом работ, утвержденным пользователем недр (заказчиком). В плане должны быть указаны порядок подготовительных работ, схема размещения оборудования, технология проведения процесса, меры безопасности, ответственный руководитель работ.

2. Перед проведением работ по повышению нефтегазоотдачи пластов должна проводиться опрессовка эксплуатационной колонны на давление, установленное планом работ. Колонна считается герметичной, если в течение 30 минут давление опрессовки снизилось не более чем на 5 кгс/см2 (0,5 МПа). Присутствие представителя заказчика на опрессовке обязательно. Результаты опрессовки оформляются актом.

3. В случае производства работ (ГРП, кислотные обработки, различные заливки и т.д.), требующих давлений, превышающих давления опрессовки обсадной колонны, необходимо устанавливать на устье специальную арматуру, а эксплуатационную колонну защищать установкой пакера.

4. При закачке газа, пара, химических и других агентов на нагнетательной линии у устья скважины должен быть установлен обратный клапан.

5. Нагнетательная система после сборки до начала закачки должна быть опрессована на полуторакратное ожидаемое рабочее давление.

6. При гидравлических испытаниях нагнетательных систем обслуживающий персонал должен быть удален за пределы опасной зоны, устанавливаемой планом работ. Ликвидация утечек под давлением в системе запрещается.

7. Перед началом технологического процесса на скважине с применением передвижных агрегатов руководитель работ обязан убедиться в наличии двусторонней переговорной связи.

8. Перед началом работы по закачке газа, пара, химических и других агентов и после временной остановки в зимнее время необходимо убедиться в отсутствии в коммуникациях насосных установок и в нагнетательных линиях ледяных пробок.

9. Обработка ПЗП и интенсификация притока в скважинах с негерметичными колоннами и заколонными перетоками запрещается.

10. На период тепловой и комплексной обработки вокруг скважины и применяемого оборудования должна быть установлена опасная зона радиусом не менее 50 м.

11. Передвижные насосные установки необходимо располагать на расстоянии не менее 10 м от устья скважины, расстояние между ними должно быть не менее 1 м. Другие установки для выполнения работ (компрессор, парогенераторная установка) должны размещаться на расстоянии не менее 25 м от устья скважины. Агрегаты устанавливаются кабинами от устья скважины.

12. Технологические режимы ведения работ и конструктивное исполнение агрегатов и установок должны исключить возможность образования взрывопожароопасных смесей внутри аппаратов и трубопроводов.

13. На всех объектах (скважинах, трубопроводах, замерных установках) образование взрывоопасных смесей запрещается, в планах проведения работ необходимо предусматривать систематический контроль газовоздушной среды в процессе работы.

14. Выкидная линия от предохранительного устройства насоса должна быть жестко закреплена и выведена в сбросную емкость для сбора жидкости или на прием насоса.

15. Вибрация и гидравлические удары в нагнетательных коммуникациях не должны превышать показатели, установленные в планах работ.

Хранение и транспортировка газов

Если нужно перевезти значительное количество газа из одного места в другое, или когда газы необходимо длительно хранить — их помещают в специальные прочные металлические сосуды. Из-за того, что при уменьшении объема увеличивается давление, газ можно закачать в небольшой баллон, но он должен быть очень прочным.

Сосуды, предназначенные для транспортировки газов, выдерживают высокие давления. Поэтому с помощью специальных насосов (компрессоров) туда можно закачать значительные массы газа, которые в обычных условиях занимали бы в сотни раз больший объем.

Поскольку давление газов в баллонах даже при комнатной температуре очень велико, их ни в коем случае нельзя нагревать. Например, держать под прямыми лучами солнца или любым способом пытаться сделать в них отверстие, даже после использования.

Понимать и любить этот мир проще, когда разбираешься в физике. В этом помогут небезразличные и компетентные преподаватели онлайн-школы Skysmart.

Чтобы формулы и задачки ожили и стали более дружелюбными, на уроках мы разбираем примеры из обычной жизни современных подростков. Приходите на бесплатный вводный урок по физике и начните учиться в удовольствие уже завтра!

Ответ: 0,1 МПа.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

I.ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

I. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1. Типовая
технологическая карта (далее ТТК) — комплексный нормативный
документ, устанавливающий по определённо заданной технологии
организацию рабочих процессов по строительству сооружения с
применением наиболее современных средств механизации, прогрессивных
конструкций и способов выполнения работ. Они рассчитаны на
некоторые средние условия производства работ. ТТК предназначена для
использования при разработке Проектов производства работ (ППР),
другой организационно-технологической документации, а также с целью
ознакомления (обучения) рабочих и инженерно-технических работников
с правилами производства работ по гидравлическому испытанию на
прочность и плотность (герметичность) участков напорных сетей.1.2. В настоящей карте
приведены указания по организации и технологии производства работ
по гидравлическому испытанию на прочность и плотность
(герметичность) участков напорных сетей рациональными средствами
механизации, приведены данные по контролю качества и приемке работ,
требования промышленной безопасности и охраны труда при
производстве работ.1.3. Нормативной базой
для разработки технологических карт являются:-
рабочие чертежи;-
строительные нормы и правила (СНиП, СН, СП);-
заводские инструкции и технические условия (ТУ);-
нормы и расценки на строительно-монтажные работы (ГЭСН-2001
ЕНиР);-
производственные нормы расхода материалов (НПРМ);-
местные прогрессивные нормы и расценки, нормы затрат труда, нормы
расхода материально-технических ресурсов.1.4. Цель создания ТК —
описание решений по организации и технологии производства работ по
гидравлическому испытанию на прочность и плотность (герметичность)
участков напорных сетей с целью обеспечения их высокого качества, а
также:-
снижение себестоимости работ;-
сокращение продолжительности строительства;-
обеспечение безопасности выполняемых работ;-
организации ритмичной работы;-
рациональное использование трудовых ресурсов и машин;-
унификации технологических решений.1.5. На базе ТТК в
составе ППР (как обязательные составляющие Проекта производства
работ) разрабатываются Рабочие технологические карты (РТК) на
выполнение отдельных видов по гидравлическому испытанию на
прочность и плотность (герметичность) участков напорных сетей.
Рабочие технологические карты разрабатываются на основе типовых
карт для конкретных условий данной строительной организации с
учетом её проектных материалов, природных условий, имеющегося парка
машин и строительных материалов, привязанных к местным условиям.
Рабочие технологические карты регламентируют средства
технологического обеспечения и правила выполнения технологических
процессов при производстве работ. Конструктивные особенности по
гидравлическому испытанию на прочность и плотность (герметичность)
участков напорных сетей решаются в каждом конкретном случае Рабочим
проектом. Состав и степень детализации материалов, разрабатываемых
в РТК, устанавливаются соответствующей подрядной строительной
организацией, исходя из специфики и объема выполняемых работ.Рабочие технологические
карты рассматриваются и утверждаются в составе ППР руководителем
Генеральной подрядной строительной организации, по согласованию с
организацией Заказчика, Технического надзора Заказчика.1.6. Технологическая
карта предназначена для производителей работ, мастеров и
бригадиров, выполняющих работы по гидравлическому испытанию на
прочность и плотность (герметичность) участков напорной канализации
и водопровода из ПЭ труб 160 мм, смонтированных с помощью сварки, а
также работников технического надзора Заказчика и рассчитана на
конкретные условия производства работ в III-й температурной
зоне.Технологическую
карту следует применять на следующие объёмы работ:

Источник