Смесь газов

Пороховые газы представляют собой смесь различных газов (около ста), основными из которых являются: N₂, H₂, O₂, CO, CO₂, H₂O, H, OH. Для определения параметров смеси необходимо знать ее состав, который может выражаться концентрацией весовой, объемной или молярной каждого газа в смеси.

Весовой концентрацией данного газа в смеси (весовая доля) называют отношение веса этого газа к весу смеси.

где: g_i – весовая доля i-го газа;

ω_i – вес i-го газа в смеси;

ω – вес смеси, причем .

Объемная концентрация представляет собой отношение нормального объема данного газа к объему смеси

где: ч_i – объемная доля i-го газа;

W_i – парциальный объем i-го газа (объем, который занимает газ при давлении и температуре смеси;

W – объем смеси, причем .

Молярная концентрация есть отношение числа молей данного газа к объему числу молей смеси)

где: М_i – число молей i-го газа смеси;

М – общее число молей в смеси, причем .

Средний кажущийся молекулярный вес смеси μ определяется как:

Связь между g_i, ч_i имеет вид

Газовая постоянная смеси определяется как

где: μ – средний кажущийся молекулярный вес смеси;

R_i – газовая постоянная i-го газа.

Парциальное давление р_i – давление, которое оказывал бы i-ый газ, занимая без других газов объем смеси при температуре смеси.

р_i = р ч_i

где - общее давление смеси.

Удельный вес смеси γ определяется из выражения

где γ_i – удельный вес i-го газа

Термодинамические процессы

Систему материальных тел, находящихся в механическом и тепловом взаимодействии друг с другом и окружающими телами, называют термодинамической системой. Механическое взаимодействие проявляется в совершении механической работы, тепловое взаимодействие – в переходе теплоты от одних тел к другим. Если система не может обменяться теплотой с окружающими телами, то ее наоборот называют теплоизолированной. Если система не взаимодействует с другими телами, она называется изолированной (замкнутой). Система, имеющая во всех своих частях одинаковые свойства, называется однородной. Система находится в равновесии, если параметры состояния ее не являются функциями времени. При изменении внешних условий, в которых находится термодинамическая система, состояние системы, также будет меняться и параметры ее будут функциями времени. Последовательность изменений состояния системы называют термодинамическим процессом. Процессы могут быть равновесными и неравновесными. Равновесный процесс, когда в каждый момент устанавливается термодинамическое равновесие (т.е. изменения идут медленно или сами изменения очень малы). Процессы бывают обратимыми и необратимыми. Циклом называют замкнутый процесс, когда система, проходя через ряд промежуточных состояний, возвращается в первоначальное состояние.

Равновесные процессы можно изобразить графически в двухосной системе координат. На рис. 3 изображены изохорный, изобарный, изотермический и адиабатические процессы

p

A (p = const) В₁

p₁

p ₂ В

А₁

p ₃ В₃

w₁ w₂ w₃ w

Рис. 3

Изохорный процесс (w = const) изображен на рис. 3 отрезком прямой АА₁. Изобарный процесс (р = const) изображен на рис. 3 отрезком прямой АВ₁. Изотермический процесс процесс (Т = const) – отрезком гиперболы и адиабатический процесс (р·w^к = const) – отрезком кривой АВ₃.

Изохорный процесс – процесс, протекающий при неизменном объеме, т.е. при w = const. Связь между другими двумя параметрами состояния р и Т получается непосредственно из уравнения (2.7.)

где - постоянная величина

Как видно, давление газа прямо пропорционально температуре.

Изобарный процесс, процесс, протекающий при неизменном давлении р = const. Связь между другими двумя параметрами состояния w и Т получается непосредственно из уравнения (2.7.)

где - постоянная величина

Как видно, объем газа прямо пропорционально температуре.

Изотермический процесс, процесс, протекающий при неизменной температуре Т = const Связь между другими двумя параметрами состояния р и w получается непосредственно из уравнения (2.7.)

или

Адиабатический процесс, процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой. Связь между параметрами состояния находится из двух уравнений: уравнения состояния (2.7.) и уравнения адиабаты (2.12.)

где к – показатель адиабаты