Файл: Министерство науки высшего образования российской федерации.doc
Добавлен: 10.11.2023
Просмотров: 238
Скачиваний: 8
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования«Уфимский государственный нефтяной технический университет» (ФГБОУ ВО УГНТУ)Институт нефтепереработки и нефтехимии ФГБОУ ВО УГНТУ в г. СалаватеКафедра «Информационных технологий»ФизикаОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫИ ПЛОТНОСТИ ГАЗА МЕДОТОМ ОТКАЧКИОтчет по лабораторной работе № 6ИнТех- 18.03.02 –1.02.01 ЛРИсполнитель:студент гр. БМОз - 22-21 В.А.МедведевРуководитель:ассистент Г.Ф. Шаяхметов Салават2023Цель работы - ознакомление с одним из методов определения молекулярной массы и плотности газа.Приборы и принадлежности: экспериментальная установка ФПТ1-12Теоретическая частьМолекулярной (молярной) массой называется масса одного моля вещества. В единицах СИ эта величина измеряется в килограммах на моль. Молем какого-либо вещества называется количество этого вещества, содержащее столько же структурных элементов (молекул, атомов и т.д.), сколько атомов содержится в 0,012 кг изотопа углерода 12С. Молекулярную массу газа можно определить из уравнения газового состояния.При не очень высоких давлениях, но достаточно высоких температурах газ можно считать идеальным. Состояние такого газа описывается уравнением Менделеева-Клапейрона: 
(12.1)где Р - давление газа; V- объем газа, т - масса газа; μ - молярная масса газа; R= 8,31 Дж/(моль*К) - универсальная газовая постоянная; Т - абсолютная температура газа.Из уравнения (12.1) можно получить формулу для молярной массы газа: (12.2)Если измерение давления P объема V, температуры
Т газа, т.е. параметров газа, входящих в формулу (12.2) не вызывает особенных трудностей, то определение массы газа выполнить практически невозможно, так как взвешивание газа возможно только вместе с колбой, в которой он находится. Поэтому для определения μ необходимо исключить массу сосуда. Это можно сделать, рассмотрев уравнение состояния двух масс т1и т2одного и того же газа при неизменных температуре T и объеме V.Пусть в колбе объемом Vнаходится газ массой гг. при давлении Piи температуре Т. Уравнение состояния (12.1) для этого газа имеет вид (12.3)Откачаем часть газа из колбы, не изменяя его температуры. После откатки масса газа, что оставалась в колбе, и его давление уменьшились. Обозначим их соответственно т2и Р2и снова запишем уравнение состояния
(12.4)Из уравнений (12.3) и (12.4) получим: (12.5)Полученная формула (12.5) дает возможность определить μ, если известно изменение массы газа (но не сама масса), а также изменение давления, температура и объем газа.В данной работе исследуемым газом является воздух, который представляет собой смесь азота, кислорода, аргона и других газов.Формула (12.5) пригодна и для определения μ смеси газов. Найденное в этом случае значение и представляет собой некоторую среднюю или эффективную молярную массу смеси газов. Молярная масса смеси газов может быть рассчитана и теоретически, если известно процентное содержание и молярная масса каждого из газов, входящих в состав смеси, по формуле (12.6)где – относительное содержание каждого газа; μ1,μ2,…,μn– молярные массы газов.Если известна молярная масса газа, то можно легко определить еще одну важную характеристику газа - его плотность
р. Плотность газа - это масса единицы объема газа: (12.7)Определив из уравнения Менделеева-Клапейрона, получим
(12.8)Плотность смеси газов можно вычислить по формуле (12.8), подразумевая под μ эффективную молярную массу смеси.Экспериментальная установкаДляопределения молекулярной массы воздуха предназначена экспериментальная установка ФПТ1-12, общий вид которой показан на рисунке 1.Рисунок 1 Общий вид экспериментальной установки ФПТ1-12:1 -весы; 2 - вакуумметр; 3 - вакуумный кран; 4 -измерительный блок;5 - входной патрубок компрессора; 6 - компрессор; 7 - стойка; 8 - колбаРабочим элементом установки является стеклянная колба 8,соединенная со стрелочным вакуумметром 2, показания которого Р есть разность между атмосферным давлением в лаборатории Р0и давлением газа в колбе Рк. Колба имеет отросток с краном, который с помощью резиновой трубки соединяется с входным патрубком 5компрессора 6. Колба установлена на тарелке электронных весов 1. Значение объема Vколбы 1±10% л .Порядок выполнения работы1. Подать напряжение питания на электронные весы, включив установку тумблером «Сеть».2. С помощью электронных весов определить массу колбы с воздухом (т0+т1) при давлении P1.3. Включив компрессор тумблером «Пуск» и, открыв кран, откачать воздух из колбы до давления Р2, после чего, закрыв кран и выключив компрессор, определить с помощью весов массу колбы с воздухом (т0+т2) при давлении Р2. Полученные результаты занести в таблицу.4. Повторить измерения по пп. 2-3 не менее 3 раз.5. Измерить температуру воздуха в лаборатории.6. Выключить установку тумблером «Сеть».Таблица
Расчетная часть1. Расчет молекулярной массы газаа)Для первого измеренияб)Для второго измеренияв)Для третьего измерения2.Расчет плотности газаа) Для первого измеренияб) Для второго измеренияв) Для третьего измеренияВывод: ознакомился с одним из методов определения молекулярной массы и плотности газа, а также рассчитал молекулярную массу и плотность газа.Молекулярная масса μ1=0,062 (кг\моль); μ2=0,059 (кг/моль); μ3=0,062 (кг/моль). Плотность газа p1=2,5 (кг/м3); p2=2,3 (кг/м3); p3=2,3 (кг/м3).
(12.1)где Р - давление газа; V- объем газа, т - масса газа; μ - молярная масса газа; R= 8,31 Дж/(моль*К) - универсальная газовая постоянная; Т - абсолютная температура газа.Из уравнения (12.1) можно получить формулу для молярной массы газа: (12.2)Если измерение давления P объема V, температуры
Т газа, т.е. параметров газа, входящих в формулу (12.2) не вызывает особенных трудностей, то определение массы газа выполнить практически невозможно, так как взвешивание газа возможно только вместе с колбой, в которой он находится. Поэтому для определения μ необходимо исключить массу сосуда. Это можно сделать, рассмотрев уравнение состояния двух масс т1и т2одного и того же газа при неизменных температуре T и объеме V.Пусть в колбе объемом Vнаходится газ массой гг. при давлении Piи температуре Т. Уравнение состояния (12.1) для этого газа имеет вид (12.3)Откачаем часть газа из колбы, не изменяя его температуры. После откатки масса газа, что оставалась в колбе, и его давление уменьшились. Обозначим их соответственно т2и Р2и снова запишем уравнение состояния
(12.4)Из уравнений (12.3) и (12.4) получим: (12.5)Полученная формула (12.5) дает возможность определить μ, если известно изменение массы газа (но не сама масса), а также изменение давления, температура и объем газа.В данной работе исследуемым газом является воздух, который представляет собой смесь азота, кислорода, аргона и других газов.Формула (12.5) пригодна и для определения μ смеси газов. Найденное в этом случае значение и представляет собой некоторую среднюю или эффективную молярную массу смеси газов. Молярная масса смеси газов может быть рассчитана и теоретически, если известно процентное содержание и молярная масса каждого из газов, входящих в состав смеси, по формуле (12.6)где – относительное содержание каждого газа; μ1,μ2,…,μn– молярные массы газов.Если известна молярная масса газа, то можно легко определить еще одну важную характеристику газа - его плотность
р. Плотность газа - это масса единицы объема газа: (12.7)Определив из уравнения Менделеева-Клапейрона, получим
(12.8)Плотность смеси газов можно вычислить по формуле (12.8), подразумевая под μ эффективную молярную массу смеси.Экспериментальная установкаДляопределения молекулярной массы воздуха предназначена экспериментальная установка ФПТ1-12, общий вид которой показан на рисунке 1.Рисунок 1 Общий вид экспериментальной установки ФПТ1-12:1 -весы; 2 - вакуумметр; 3 - вакуумный кран; 4 -измерительный блок;5 - входной патрубок компрессора; 6 - компрессор; 7 - стойка; 8 - колбаРабочим элементом установки является стеклянная колба 8,соединенная со стрелочным вакуумметром 2, показания которого Р есть разность между атмосферным давлением в лаборатории Р0и давлением газа в колбе Рк. Колба имеет отросток с краном, который с помощью резиновой трубки соединяется с входным патрубком 5компрессора 6. Колба установлена на тарелке электронных весов 1. Значение объема Vколбы 1±10% л .Порядок выполнения работы1. Подать напряжение питания на электронные весы, включив установку тумблером «Сеть».2. С помощью электронных весов определить массу колбы с воздухом (т0+т1) при давлении P1.3. Включив компрессор тумблером «Пуск» и, открыв кран, откачать воздух из колбы до давления Р2, после чего, закрыв кран и выключив компрессор, определить с помощью весов массу колбы с воздухом (т0+т2) при давлении Р2. Полученные результаты занести в таблицу.4. Повторить измерения по пп. 2-3 не менее 3 раз.5. Измерить температуру воздуха в лаборатории.6. Выключить установку тумблером «Сеть».Таблица| № изм. | m0+m1, кг | m0+m2, кг | m1- m2 кг | P1, Па | P2, Па | P1-P2, Па | T, К | μ, кг/моль | ρ, кг/м3 |
| 1 | 0,202 | 0,200 | 0.002 |  |  |  | 297 |  |  |
| 2 | 0,201 | 0,199 | 0.0019 | | | | 297 |  |  |
| 3 | 0,200 | 0,199 | 0,001 | | | | 297 |  |  |
Расчетная часть1. Расчет молекулярной массы газаа)Для первого измеренияб)Для второго измеренияв)Для третьего измерения2.Расчет плотности газаа) Для первого измеренияб) Для второго измеренияв) Для третьего измеренияВывод: ознакомился с одним из методов определения молекулярной массы и плотности газа, а также рассчитал молекулярную массу и плотность газа.Молекулярная масса μ1=0,062 (кг\моль); μ2=0,059 (кг/моль); μ3=0,062 (кг/моль). Плотность газа p1=2,5 (кг/м3); p2=2,3 (кг/м3); p3=2,3 (кг/м3).