Калькулятор определяет парциальное давления водяного пара внутреннего воздуха помещения в зависимости от:
-
- температуры воздуха;
- влажности воздуха.
Определение парциального давления водяного пара внутреннего воздуха помещения.
Примечание.
Расчет выполнен на основании п.8.6. и п. 8.1. СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий». Парциальное давление насыщенного водяного пара по данным формулам определяется в пределах температур от минус 40 °С до плюс 45 °С.
Относительная влажность воздуха в помещениях определяется согласно п.5.7. СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий».
В комментарии приветствуются пожелания, замечания и рекомендации по улучшению программы.
Поделиться ссылкой:
Загрузить PDF
Загрузить PDF
В химии «парциальным давлением» называют давление, которое оказывает отдельно взятый компонент из газовой смеси внешней среды, например, на колбу, баллон или границу атмосферы. Вы можете подсчитать давление каждого газа, если знаете его количество, какой объем он занимает и какова его температура. Затем вы можете сложить парциальные давления и найти общее парциальное давление смеси газов, или найдите вначале общее давление, а затем — парциальное.
-
1
Примите каждый газ как «идеальный». В химии «идеальный газ» — тот, который взаимодействует с другими веществами, не вступая с ними в соединение. Отдельные молекулы могут сталкиваться друг с другом и отталкиваться, как шары для бильярда, не деформируясь при этом.[1]
- Давление идеального газа возрастает, если его поместить в меньший объем, и уменьшается, если газ находится в большем объеме. Это отношение называется законом Бойля-Мариотта, по имени ученых Роберта Бойля и Эдма Мариотта. Математическая запись закона: k = P x V или, упрощенно, k = PV, где k представляет константу соотношения, P — давление, а V — объем.[2]
- Давление может быть указано в нескольких различных единицах. Одна из них, Паскаль (Па), определяется как сила в 1 ньютон, приложенная к площади в 1 квадратный метр. Другой вариант представления давления — в атмосферах (атм). Эта единица определяется как давление земной атмосферы на уровне моря. Давление в 1 атмосферу равно 101,325 Па.[3]
- Температура идеального газа возрастает при увеличении его объема и снижается при уменьшении объема. Это отношение называют законом Чарльза, по имени Жака Чарльза. Математическая запись закона: k = V / T, где k — константа соотношения между объемом и температурой, V вновь представляет объем газа, а T — его температуру.[4]
[5]
- Температура газов в этих уравнениях приведена в градусах Кельвина, ее можно найти, прибавив 273 к числу градусов Цельсия в температуре газа.
- Эти два отношения можно объединить в одно уравнение: k = PV / T, которое также можно записать как PV = kT.
- Давление идеального газа возрастает, если его поместить в меньший объем, и уменьшается, если газ находится в большем объеме. Это отношение называется законом Бойля-Мариотта, по имени ученых Роберта Бойля и Эдма Мариотта. Математическая запись закона: k = P x V или, упрощенно, k = PV, где k представляет константу соотношения, P — давление, а V — объем.[2]
-
2
Определите количество газов. У газов есть и масса, и объем. Объем обычно измеряют в литрах (л), но есть два варианта подсчета массы.
- Обычно массу измеряют в граммах или, если она достаточно велика, в килограммах.
- Поскольку газы обычно весят очень мало, их масса также вычисляется в отдельной единице измерения, называемой молекулярной массой, или молярной массой. Молярная масса определяется как сумма атомарных весов всех атомов в газообразном веществе, каждый атом сравнивается с массой карбона (12)[6]
- Поскольку атомы и молекулы слишком малы, чтобы работать с ними непосредственно, количество газа определяется в молях. Количество молей в данном газе можно найти, разделив массу на молярную массу, значение отмечается буквой n.
- Мы можем заменить постоянную k константу в уравнении газа числом n, количеством молей (mol), и ввести новую константу R. Тогда уравнение будет записано в виде nR = PV/T или PV = nRT.[7]
- Значение R зависит от единиц, в которых измеряются давление газа, объемы и температура. Для объема в литрах, температуры в Кельвинах и давления в атмосферах, значение равно 0,0821 л атм/K мол. Это можно записать в виде 0,0821 л атм K-1 мол -1, чтобы избежать использования разделительной черты при указании единиц измерения.[8]
-
3
Понимание закона Дальтона о парциальном давлении. Закон, открытый химиком и физиком Джоном Дальтоном, который первым предположил, что химические элементы состоят из отдельных атомов,[9]
гласит: общее давление смеси газов равняется сумме давлений каждого газа в смеси.- Закон Дальтона можно записать в таком виде: Pобщее = P1 + P2 + P3 … с таким количеством слагаемых после знака равенства, каково количество газов в смеси.
- Уравнение закона Дальтона можно расширить при работе с газами, чье индивидуальное давление неизвестно, но для которых известны температура и объем. Парциальное давление газа — такое же, как и для равного объема газа, полностью занимающего отведенный объем.
- Для каждого парциального давления мы можем переписать уравнение идеального газа. Вместо PV = nRT мы может оставить только P в левой части перед знаком равенства. Чтобы сделать это, обе части уравнения нужно разделить на V: PV/V = nRT/V. Две V слева сокращаются, остается P = nRT/V.
- Затем для каждого P справа мы можем выполнить замену, вписав уравнение парциального давления: Pобщее =(nRT/V) 1 + (nRT/V) 2 + (nRT/V) 3 …
Реклама
-
1
Определите уравнение парциального давления для газов, с которыми вы работаете. Для вычислительных целей возьмем пример: в колбе объемом 2 литра содержится 2 газа, нитроген (N2), оксиген (O2) и карбон диоксид, углекислый газ (CO2). Каждого газа — по 10 г, температура каждого газа в колбе равна 37 градусам Цельсия. Нужно найти парциальное давление каждого газа и общее давление смеси газов на емкость.
- Наше уравнение парциального давления будет выглядеть следующим образом: Ptotal = Pнитроген + Pоксиген + Pкарбон диоксид.
- Поскольку мы пытаемся найти давление, которое оказывает каждый из газов, знаем объем и температуру и можем найти количество молей каждого газа, основываясь на массе вещества, мы можем переписать уравнение в следующей форме: Pобщее =(nRT/V) нитроген + (nRT/V) оксиген + (nRT/V) карбон диоксид
-
2
Переведите температуру в градусы Кельвина. Температура по Цельсию равна 37 градусам, потому мы добавим 273 к 37 и получим 310 градусов K.
-
3
Найдите количество молей каждого газа в образце. Число молей газа равно массе газа, деленной на его молярную массу,[10]
которая, как уже говорилось, равна сумме весов всех атомов в составе.- Для нашего первого газа, нитрогена (N2), каждый атом обладает атомарной массой 14. Поскольку нитроген содержит два атома (состоит из двухатомных молекул), мы должны умножить 14 на 2, чтобы найти молярную массу нитрогена, она равна 28. Затем мы делим массу в граммах, 10 г, на 28, чтобы получить количество молей, которое приблизительно равно 0,4 моль.
- У второго газа, оксигена (O2), масса каждого атома равна 16. Оксиген также двухатомный газ, потому мы умножаем 16 на 2 и получаем молярную массу, равную 32. Разделив 10 г на 32, мы получим примерно 0,3 моль оксигена в составе образца смеси газов.
- Третий газ, карбон диоксид (CO2), состоит из 3 атомов: одного атома карбона с атомарной массой 12 и двух атомов оксигена, каждый с атомарной массой 16. Мы складываем все три веса: 12 + 16 + 16 = 44 составляет молярную массу. Разделив 10 г на 44, мы получим примерно 0,2 моля карбон диоксида.
-
4
Подставьте значения для молей, объема и температуры. Наше уравнение будет выглядеть так: Pобщее =(0,4 * R * 310/2) нитроген + (0,3 *R * 310/2) оксиген + (0,2 * R *310/2) карбон диоксид.
- Для простоты мы оставили текущие значения единиц измерения. Эти единицы уйдут после математических вычислений, и останутся только те, которые участвуют в определении давления.
-
5
Подставьте значение константы R. Мы будем указывать парциальное и общее давление в атмосферах, потому используем значение R, равное 0,0821 л атм/K моль. Подстановка этого значения в уравнение дает нам Pобщее =(0,4 * 0,0821 * 310/2) нитроген + (0,3 *0,0821 * 310/2) оксиген + (0,2 * 0,0821 * 310/2) карбон диоксид.
-
6
Подсчитайте парциальное давление каждого газа. Сейчас все значения на месте, пора перейти к математическим вычислениям.
- Чтобы найти парциальное давление нитрогена, умножим 0,4 моль на нашу константу 0,0821 и температуру 310 градусов K, затем разделим на 2 литра: 0,4 * 0,0821 * 310/2 = 5,09 атм, приблизительно.
- Для получения парциального давления оксигена умножим 0,3 моль на константу 0,0821 и температуру 310 градусов K, затем разделим на 2 литра: 0,3 *0,0821 * 310/2 = 3,82 атм, приблизительно.
- Чтобы найти парциальное давление карбон диоксида, умножаем 0,2 моль на константу 0,0821 и температуру 310 градусов K, затем делим на 2 литра: 0,2 * 0,0821 * 310/2 = 2,54 атм, приблизительно.
- Теперь сложим полученные значения давлений и найдем общее давление: Pобщее = 5,09 + 3,82 + 2,54, или 11,45 атм, приблизительно.
Реклама
-
1
Определите парциальное давление, как и раньше. Вновь, возьмем в пример колбу на 2 литра с тремя газами: нитрогеном (N2), оксигеном (O2) и карбон диоксидом (CO2). У нас по 10 г каждого газа, температура каждого газа в колбе равна 37 °C.
- Температура по Кельвину будет такой же, 310 градусов, как и раньше, у нас будет примерно 0,4 моль нитрогена, 0,3 моль оксигена и 0,2 моль карбон диоксида.
- Мы также будем указывать давление в атмосферах, потому будем использовать значение 0,0821 л атм/K моль для константы R.
- Таким образом, наше уравнение парциального давления на текущий момент выглядит так же, как раньше: Pобщее =(0,4 * 0,0821 * 310/2) нитроген + (0,3 *0,0821 * 310/2) оксиген + (0,2 * 0,0821 * 310/2) карбон диоксид.
-
2
Сложите количество молей каждого газа в образце, чтобы найти общее количество молей в смеси газов. Поскольку объем и температура одинаковы для всех газов, не говоря о том, что каждая молярная масса умножается на одну и ту же константу, мы можем использовать распределительное свойство умножения и переписать уравнение в следующем виде: Pобщее = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
- Складываем 0,4 + 0,3 + 0,2 = 0,9 моль смеси газов. Это упростит наше выражение до Pобщее = 0,9 * 0,0821 * 310/2.
-
3
Найдите общее давление смеси газов. Умножаем 0,9 * 0,0821 * 310/2 = 11,45 моль, приблизительно.
-
4
Найдите пропорцию каждого газа в смеси. Для этого разделите количество молей каждого газа на общее количество молей в смеси.
- У нас 0,4 моль нитрогена, потому 0,4/0,9 = 0,44 (44 процента) в образце, приблизительно.
- У нас 0,3 моль оксигена, потому 0,3/0,9 = 0,33 (33 процента) в образце, приблизительно.
- У нас 0,2 моль карбон диоксида, потому 0,2/0,9 = 0,22 (22 процента) в образце, приблизительно.
- Хотя в вычислениях выше сумма приблизительных значений в процентах дает всего 0,99, точные значения являются периодическими, так что сумма на самом деле будет равна повторяющимся девяткам после запятой. По определению это то же самое, что 1 или 100 процентов.
-
5
Умножим пропорциональное количество каждого газа на общее давление, чтобы найти парциальное давление.
- Умножаем 0,44 * 11,45 = 5,04 атм, приблизительно.
- Умножаем 0,33 * 11,45 = 3,78 атм, приблизительно.
- Умножаем 0,22 * 11,45 = 2,52 атм, приблизительно.
Реклама
Советы
- Вы заметите небольшую разницу в значениях при вычислении сначала парциального давления, а затем общего, и при подсчете вначале общего, а затем парциального давления. Помните, что приведенные значения даны приблизительно, поскольку они округлены до 1 или 2 знаков после запятой для простоты подсчетов и понимания. Если вы выполняете вычисления самостоятельно без округления, вы заметите или меньшую разницу между значениями или не заметите ее вовсе.
Реклама
Предупреждения
- Знание парциального давления газов может стать вопросом жизни и смерти для дайверов. Слишком низкое парциальное давление кислорода может привести к бессознательному состоянию или смерти, но слишком высокое парциальное давление азота или кислорода также может привести к отравлению.[11]
[12]
Реклама
Вам потребуются
- Калькулятор
- Справочник атомарных весов / молярных масс
Об этой статье
Эту страницу просматривали 82 598 раз.
Была ли эта статья полезной?
Смесям идеальных газов характерно свойство аддитивности двух показателей: парциального давления и объёма. Другими словами, любому включённому в смесь инертному газу характерно такое поведение, какое было бы, если б он в единственном числе заполнял предлагаемый объём. Для лучшего понимания разумно разобраться, что выражают указанные величины.
Определения
Давление – действующая на единицу поверхности сила, прямопропорциональная числу и скоростью сталкивающихся с этой поверхностью молекул, зависящей от температуры.
Парциальное давление – давление, оказываемое компонентом газовой смеси, при условии удаления других компонентов из занимаемого объёма, сохраняя этот объём и текущую температуру.
Объём – ограниченное чертой трёхмерное пространство, вмещающее вещество и отображающее его форму.
Парциальный объём – объём, занимаемый компонентом газовой смеси, при условии удаления других компонентов из занимаемого объёма, сохраняя первоначальное давление и температуру.
Идеальный газ – научная модель для познания газов, не учитывающая силу молекулярного взаимодействия.
Смесь идеальных газов – это совокупность газов, каждый из которого, находясь в смеси, при сохранении заданных условий, не вступает в химическую реакцию с остальными компонентами.
Говоря об идеальных газах и их смеси, следует понимать, что изменение условий, например температуры или давления, всё же может спровоцировать химическую реакцию. Важным параметром такой смеси является молярная (весовая) концентрация газового компонента. Данная величина измеряется в мг/м3 и показывает количество конкретного компонента в единице объёма газовой смеси.
Парциальное давление
Описывая характеристику состояния компонентов идеальной смеси газообразных веществ, парциальное давление, создаваемое i-ым газом в случае удаления других компонентов из сохраняемых условий, является показателем pi.
Формула
Формула парционального давления:
[p i=frac{m_{i}}{mu_{i}} frac{R T}{V}=mu_{i} frac{R T}{V}]
Где V– объём смеси, R = 8,31
Дж/моль*K– универсальная газовая постоянная, а T –
температура.
Следует отметить, что равность средней кинетической энергии находящихся в смеси молекул определяет равенство температур всех компонентов термодинамически уравновешенной газовой смеси. Найти общее давление смеси идеальных газов представляется возможным через закон Дальтона, отражаемый аддитивность парциальных давлений, а именно [p=sum p_{i}].
Пользуясь данным законом, найдём давление смеси идеальных газов через следующую формулировку: [p=sum_{i}^{N}=1 rightarrow p_{i}=frac{R T}{V} sum_{i}^{N}=1^{v_{i}}], где N – количество вошедших в смесь газов, vi– количественный показатель молей i-го газа. Отсюда парциальное давление можно выразить формулой [p_{i}=x_{i} p], где xi – молярная концентрация i-го газа.
Понятие парциального объёма
Описывая характеристику состояния компонентов идеальной смеси газообразных веществ, парциальный объём, занимаемый i-ым газом в случае удаления других компонентов из сохраняемых условий, является показателем Vi. Аддитивность парциального объёма определяет закон Амага, выраженный формулой [V=sum_{i}^{N}=1 V_{i}].
Формула
Пользуясь данным законом, можно вывести формулу нахождения парциального объёма через следующую формулировку:
[v_{i}=frac{p^{V_{i}}}{R T}]; [p=frac{R T}{V} frac{p}{R T} sum_{i}^{N}=mathbf{1}^{V}_{i}] , отсюда
следует, что — [boldsymbol{V=sum_{i}^{N}=1^{V_{i}}}, text{ а } boldsymbol{V_{i}=x_{i} V}].
Зная, что характеризующие состояние смеси инертных газов показатели подчиняются уравнению Менделеева-Клапейрона, выведем формулу:
[p V=frac{m}{mu_{s m}} R T] данное уравнение свои параметры относит ко всей газовой смеси.
[pV=mR_{s m} T] такой вариант уравнения содержит показатель Rsm, обозначающий удельную газовую составляющую смеси.
Уравнение Менделеева-Клапейрона показывает возможность изменения трёх характеризующих состояние идеального газа параметров.
Нет времени решать самому?
Наши эксперты помогут!
Примеры вычисления парциального давления и объёма
Задача №1
Условие: в сосуде объёмом 2 м3, при постоянной температуре 290 К находится 0,20*10-3 кг гелия и 1*10-3 кг водорода. Необходимо вычислить давление смеси и парциальное давление гелия.
Решение.
Сначала вычислим количество молей каждого компонента, используя следующую формулу:
[mathrm{v}{mathrm{i}}=frac{mathrm{m}{mathrm{i}}}{mu_{mathrm{i}}}]
Для расчёта количество молей водорода в смеси нам понадобится его молярная масса, которую возьмём из таблицы Менделеева:
[mu_{mathrm{H}_{2}}=2 * 10^{-3} frac{mathrm{кг}}{text { моль }}]
Теперь можно найти количество молей водорода в смеси:
[mathrm{v}_{mathrm{H}_{2}}=frac{mathrm{m}_{mathrm{H}_{2}}}{mu_{mathrm{H}_{2}}}=frac{1 * 10^{-3}}{2 * 10^{-3}}=0,5 text { (моль) }]
Зная молярную массу гелия из таблицы Менделеева, рассчитаем количество молей гелия в смеси:
[mathrm{v}_{mathrm{He}}=frac{mathrm{m}_{mathrm{He}}}{mu_{mathrm{He}}}=frac{4 * 10^{-3}}{20 * 10^{-3}}=0,2 text { (моль) }]
Теперь можно найти парциальное давление каждого из компонентов с помощью уравнения Менделеева-Клапейрона:
[mathrm{p}_{mathrm{i}} mathrm{V}=mathrm{v}_{mathrm{i}} mathrm{RT}]
Сначала нужно рассчитать давление водорода:
[mathrm{p}_{mathrm{H}_{2}} mathrm{~V}=mathrm{v}_{mathrm{H}_{2}} mathrm{RT} rightarrow mathrm{p}_{mathrm{H}_{2}}=frac{mathrm{v}_{mathrm{H}_{2}} mathrm{RT}}{mathrm{V}}=frac{0,5 * 8,31 * 290}{1}=1205 text { (Па) }]
Рассчитаем парциальное давление гелия:
[mathrm{p}_{mathrm{He}}=frac{mathrm{v}_{mathrm{He}} mathrm{RT}}{mathrm{V}}=frac{0,2 * 8,31 * 290}{1}=482 text { (Па) }]
Теперь найдём полное давление газовой смеси, сложив значения компонентов:
[mathrm{p}=mathrm{p}_{mathrm{H}_{2+}} mathrm{p}_{mathrm{H}}=1205+482=1687 text { Па }]
Ответ: парциальное давление гелия равно 482 Па, а общее давление 1205 Па.
Задача №2
Условие: идеальная газовая смесь состоит из 0,5 кг углекислого газа и 0,25 кг кислорода, какой объём они займут, если давление равно 1 атм, а температура смеси равна 300 К?
Решение.
Найдём суммарную массу газовой смеси:
[mathrm{m}=mathrm{m}_{mathrm{O}_{2}}+mathrm{m}_{mathrm{CO}_{2}}=0,5+0,25=0,75 text { (кг) }]
Вычислим массовые компоненты смеси:
[g_{mathrm{O}_{2}}=frac{0,25}{0,75}=0,33] [mathrm{g}_{mathrm{CO}_{2}}=frac{0,5}{0,75}=0,67]
Тогда газовая постоянная смеси равняется:
[mathrm{R}_{mathrm{sm}}=mathrm{R} sum_{mathrm{i}=1}^{mathrm{N}} frac{mathrm{g}_{mathrm{i}}}{mu_{mathrm{i}}}=8,31left(frac{0,33}{32 * 10^{-3}}+frac{0,67}{46 * 10^{-3}}right)=200left(frac{text { Дж }}{text { кгК }}right)]
Пользуясь уравнением Менделеева-Клапейрона, и, зная, что 1 атм равна 105 Па,вычислим объём смеси:
[mathrm{V}_{mathrm{sm}}=frac{mathrm{m}_{mathrm{sm}} mathrm{R}_{mathrm{sm}} mathrm{T}_{mathrm{sm}}}{mathrm{P}_{mathrm{sm}}}=frac{0,75 * 200 * 300}{10^{5}}=0,45left(mathrm{м}^{3}right)]
Ответ: при заданных условиях смесь займёт 0,45 м3.
Навык определения парциальных давлений и объёма актуален в машиностроении, энергетике и других промышленностях, связанных с использованием тепловых двигателей, приводимых в действие парами высокой температуры.
Расчет распределения парциального давления водяного пара по толще стены и определение возможности образования конденсата в толще стены
Для
проверки конструкции на наличие зоны
конденсации внутри стены определяем
сопротивление паропроницанию стены
Rvp
по
формуле (79)
настоящего Свода правил (здесь и далее
сопротивлением влагообмену у внутренней
и наружной поверхностях пренебрегаем).
Rvp
= 0,005/0,11
+ 0,1/0,03 +0,1/0,006 + 0,12/0,11 + 0,008/0,43 = 21,15 м2×ч×Па/мг.
Определяем
парциальное давление водяного пара
внутри и снаружи стены по формуле (Э.З)
и приложению С
настоящего Свода правил
tint
= 20 °С; jint
= 55 %;
eint
=
(55/100)2338 = 1286 Па;
text
= -10,2 °С; jint
= 84 %;
eext
= (84/100)260
= 218 Па.
Определяем
температуры ti
на границах слоев по формуле (Э.5),
нумеруя от внутренней поверхности к
наружной, и по этим температурам –
максимальное парциальное давление
водяного пара Еi
по
приложению С:
t1
= 20 – (20 + 10,2)(0,115)/3,638 = 19,0 °С;
E1
= 2197 Па;
t2
= 20 – (20 + 10,2)(0,115 + 0,014)/3,638 = 18,9 °С;
Е2
= 2182
Па;
t3
= 20 – (20 + 10,2)(0,115 + 0,063)/3,638 = 18,5 °С;
E3
= 2129 Па;
t4
= 20 – (20 + 10,2)(0,115 + 3,289)/3,638 = -8,3 °С;
Е4
= 302
Па;
t5
= 20 – (20 + 10,2)(0,115 + 3,437)/3,638 = -9,5 °С;
E5
= 270 Па;
t6
= 20 – (20 + 10,2)(0,115 + 3,479)/3,638 = -9,8 °С;
Е6
= 264
Па.
Рассчитаем
действительные парциальные давления
ei
водяного
пара на границах слоев по формуле
ei
= eint
– (eint
– eext)åR/Rvp,
(Э.6)
где
eint
и
eext
– то
же, что и в формуле (Э.3);
Rvp
– то
же, что и в формуле (79);
åR
– сумма сопротивлений паропроницанию
слоев, считая от внутренней поверхности.
В
результате расчета по формуле (Э.6)
получим следующие значения: е1
= 1286
Па, е2
=
1283 Па, е3
= 1115 Па, е4
= 274
Па, е5
=
219 Па, е6
= 218
Па.
При
сравнении величин максимального
парциального давления E1
водяного пара и величин действительного
парциального давления еi
водяного
пара на соответствующих границах слоев
видим, что все величины еi
ниже
величин Ei,
что указывает на отсутствие возможности
конденсации водяного пара в ограждающей
конструкции.
Для
наглядности расчета построим график
распределения максимального парциального
давления Ei
водяного
пара и график изменения действительного
парциального давления ei
водяного
пара по толще стены в масштабе сопротивлений
паропроницанию его слоев. Очевидно, что
эти кривые не пересекаются, что также
доказывает невозможность образования
конденсата в ограждении.
Сопротивление
паропроницанию Rvp,
м2×ч×Па/мг
–
распределение действительного
парциального давления водяного пара е
–
распределение максимального парциального
давления водяного пара Е
Рисунок
Э.1 –
Распределение
парциального давления водяного пара в
ограждающей конструкции (слева направо
– от внутренней поверхности к наружной)
ПРИЛОЖЕНИЕ
Ю
(рекомендуемое)
ПРИМЕР
ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ПОЛА
Исходные данные
Определить,
удовлетворяет ли в отношении теплоусвоения
требованиям СНиП
23-02
конструкция пола жилого здания из
поливинилхлоридного линолеума на
теплозвукоизолирующей подоснове из
стеклянного волокна, наклеенного
холодной битумной мастикой на
железобетонную плиту перекрытия.
Теплотехнические характеристики
отдельных слоев конструкции пола (при
их нумерации сверху вниз) даны в таблице
Ю.1.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Давление в любой емкости складывается из суммы всех действующих в ней сил (движения молекул, отталкивания вещества и сопротивления стенок резервуара). Наибольшая сила движения атомов проявляется в газовом состоянии, в нем они активны и несут в себе больше тепловой энергии.
В процессе перемещения в ограниченном объеме такие частицы образуют давление, которое называется парциальным – им обладают все вещества в газовом состоянии, в т.ч. и водяной пар.
Содержание
- Что это такое, когда применимо это понятие?
- Как влияет температура воздуха?
- С какими параметрами и как именно связано?
- Каково среднее ПД наружного воздуха?
- Чему равно ПД насыщенного пара?
- Как определить?
- Формула и основные правила расчета
- Несколько примеров
- Таблица
- Применение знаний на практике
- Заключение
Что это такое, когда применимо это понятие?
Парциальное давление — это величина, характеризующая давление одного какого-либо компонента в газовой смеси.
Оно применяется для определения доли этого самого компонента в общем объеме. Наибольшее применение находит для водяного пара, чтобы определять влажности воздушных масс.
Парциальное часто путают с идеальным давлением (идеальный газ), но это не одно и то же. Идеальным называют состояние, при котором молекулы заполняют весь объем и находятся в равновесии, т.е. сумма всех действующих сил равна нулю.
Следовательно, парциальное и идеальное давление совпадает, но только в одной точке с конкретной температурой.
Соотношение фактического и парциального (текущего атмосферного) давления называется относительной влажностью воздуха. Именно она имеет практическую важность во многих отраслях, но для вычисления требуется знать парциальное значение.
Как влияет температура воздуха?
Повышение температуры приводит к росту парциального давления. И наоборот, оно слабеет при остывании воздуха.
Парциальное давление начинает меняться с нагревом сразу после испарения жидкости — при температуре от 273.15 K или 0 °C при 1 атм. (10 кПа). В вакууме процесс начинается с 214 К (-79 °C).
Также увеличение температуры повышает влажность воздуха. Чем она выше, тем интенсивнее он насыщается водяным паром.
С какими параметрами и как именно связано?
Парциальное давление — термодинамическая (т.е. зависимая от температуры) характеристика. Поэтому она влияет и на другие параметры водяного пара:
- Энтальпия. С ростом давления у молекул больше кинетической энергии, которую можно преобразовать в тепло.
- Плотность. С ростом температуры молекулы сильнее разбегаются, и снижается средняя плотность вещества.
- Точка росы. С падением температуры молекулярная структура сжимается, что приводит к полному насыщению на ограниченном пространстве и образованию конденсата.
- Энергообмен. При высоком давлении молекулы сильнее разгоняются и частыми столкновениями передают больше кинетической энергии.
- Относительная влажность воздуха. С интенсивностью испарения водоема (насыщения атмосферы) зависит скорость обогащения воздушных масс водяным паром.
Каково среднее ПД наружного воздуха?
Очевидно, что из-за разницы температур каждый сезон состояние атмосферы меняется, поэтому принято выполнять замеры в течение длительного периода, и из них получать среднемесячный показатель.
По информации Строительных норм и правил (далее — СП) 23-101-2004, парциальное среднемесячное давление воздуха в РФ равно 767 Па.
Чему равно ПД насыщенного пара?
Парциальное давление равно такому значению, при котором в газовой смеси не может поместиться водяной пар объемом, больше фактического. Если проще — это фактическое давление водяного пара в однородной среде, которая заполнена молекулами воды и больше не может их вмещать.
На практике значение зависит не только от характеристик самого воздуха, но и внешних факторов:
- Плотность молекул. В одном и том же объеме с разной температурой количество молекул отличается.
- Наличие водоемов. Естественные резервуары служат источником накопления молекул в определенном пространстве.
Как определить?
Получить значение возможно, когда известна одна из двух характеристик — температура насыщенного пара или относительная влажность воздуха.
Формула и основные правила расчета
В пункте 6.8 строительных правил СП 50.13330.2012 содержатся данные, на основании которых получается формула расчета парциального давления:
где T0 — температура водяного пара. Формула актуальна для среды с температурой от -40 °C до +45 °C.
Более простой расчет можно провести, когда известна относительная влажность воздуха (ω):
где Pф — фактическое давление.
Как найти парциальное давление водяного пара:
Несколько примеров
Взятые пробы воздуха при температуре +14 градусов показали, что его давление составляет 1.1 кПа. Водяной пар в нем насыщен? Достаточно обратиться к формуле расчета по температуре. Получается 1.6—1.7 кПа. Следовательно, он не насыщен.
Еще пример с закрытой емкостью объемом 3 л, в которой содержится 50 мг водяного пара. Он насыщен, если внутри температура +18 градусов?
Сначала нужно найти плотность, вещества по формуле m/V:
- 50 мг = 0.05 г;
- 3 л = 0.003 г3.
0.05/0.003 = 16.7 г/м3 = 0.0167 кг/м3.
Плотность насыщенного пара при +18 °C составляет 0.015 кг/м3. Следовательно, в резервуаре он не насыщен, но близок к этому состоянию.
Если фактическое давление и плотность ниже расчетного — присутствуют более легкие атомы (очевидно, для воздуха это азот). Завышенные параметры указывают на наличие тяжелых частиц металлов, которые часто возникают от выбросов и других техногенных процессов.
Влажность воздуха определяется отношением фактического к парциальному значению давления воздуха. Т.к. атомы кислорода и азота всегда легче молекул воды, влажность не может превышать 100%.
Таблица
Свойства насыщенного водяного пара на разной высоте над водоемом отличаются. Это объясняется тем, что на молекулы действует сила сопротивления воды. Поэтому в более низких слоях значение уменьшается.
Ниже таблица показывает парциальное давление (в Паскалях) на различной высоте от водоема:
| t, °С|H, м | 0 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.9 |
| 0 | 612 | 616 | 621 | 625 | 630 | 634 | 640 | 644 | 649 | 653 |
| 1 | 658 | 662 | 668 | 672 | 677 | 682 | 688 | 692 | 697 | 702 |
| 2 | 706 | 712 | 717 | 722 | 728 | 733 | 738 | 744 | 749 | 754 |
| 3 | 760 | 765 | 770 | 776 | 781 | 786 | 792 | 797 | 804 | 809 |
| 4 | 812 | 820 | 826 | 832 | 837 | 844 | 849 | 856 | 861 | 868 |
| 5 | 873 | 880 | 886 | 892 | 898 | 905 | 910 | 917 | 924 | 931 |
| 6 | 936 | 942 | 949 | 957 | 962 | 969 | 976 | 982 | 989 | 996 |
| 7 | 1002 | 1010 | 1017 | 1024 | 1030 | 1038 | 1045 | 1052 | 1060 | 1066 |
| 8 | 1073 | 1081 | 1089 | 1096 | 1104 | 1110 | 1118 | 1126 | 1133 | 1141 |
| 9 | 1149 | 1157 | 1165 | 1173 | 1181 | 1189 | 1191 | 1205 | 1214 | 1221 |
| 10 | 1229 | 1237 | 1245 | 1254 | 1262 | 1270 | 1280 | 1288 | 1287 | 1305 |
| И | 1313 | 1322 | 1332 | 1340 | 1349 | 1356 | 1366 | 1377 | 1386 | 1324 |
| 12 | 1404 | 1413 | 1422 | 1432 | 1441 | 1450 | 1460 | 1469 | 1476 | 1489 |
| 13 | 1498 | 1509 | 1518 | 1528 | 1538 | 1548 | 1558 | 1569 | 1578 | 1589 |
| 14 | 1600 | 1610 | 1620 | 1630 | 1641 | 1652 | 1662 | 1673 | 1685 | 1696 |
| 15 | 1706 | 1717 | 1728 | 1740 | 1759 | 1762 | 1773 | 1785 | 1796 | 1808 |
| 16 | 1818 | 1830 | 1842 | 1854 | 1866 | 1878 | 1890 | 1902 | 1914 | 1926 |
| 17 | 1938 | 1950 | 1963 | 1975 | 1987 | 2001 | 2014 | 2027 | 2038 | 2051 |
| 18 | 2065 | 2078 | 2090 | 2103 | 2116 | 2130 | 2143 | 2157 | 2170 | 2183 |
| 19 | 2198 | 2211 | 2226 | 2239 | 2253 | 2267 | 2282 | 2295 | 2311 | 2325 |
| 20 | 2339 | 2353 | 2367 | 2382 | 2397 | 2413 | 2427 | 2442 | 2457 | 2472 |
| 21 | 2489 | 2503 | 2518 | 2539 | 2543 | 2565 | 2581 | 2597 | 2613 | 2629 |
| 22 | 2645 | 2661 | 2671 | 2692 | 2710 | 2726 | 2743 | 2759 | 2777 | 2793 |
| 23 | 2810 | 2827 | 2843 | 2861 | 2878 | 2895 | 2915 | 2931 | 2949 | 2966 |
| 24 | 2985 | 3002 | 3021 | 3039 | 3057 | 3075 | 3094 | 3113 | 3131 | 3151 |
| 25 | 3169 | 3187 | 3206 | 3227 | 3245 | 3263 | 3284 | 3302 | 3322 | 3342 |
Применение знаний на практике
Общая влажность воздуха влияет на разреженность и плотность окружающей среды. От ее состояния зависят многие параметры:
Скорость распространения. Среда вносит свои коррективы, влияющие на распространение фотонов (света) и иных частиц, а также звуковых и радиоволн.- Макроклимат. Для многих растительных культур и посевных существует допустимая доля влажности воздуха.
- Строительство. Влажность негативно влияет на сыпучие материалы, которые используются для возведения сооружений. Действует акт по строительным нормативам, учитывающим влажность — СП 23-101-2004 и СП 50.13330.2012.
- Микробиология. От влажности зависит распространение микроорганизмов, учет которых важен в медицине и санитарии.
Скорость распространения. Среда вносит свои коррективы, влияющие на распространение фотонов (света) и иных частиц, а также звуковых и радиоволн.Вычисления в разные периоды помогает оценить среднюю влажность воздушных масс, которая применяется для разработки актов и нормативов для строителей, фермеров и т.д. А уже с учетом ее предпринимаются нужные шаги в разных отраслях.
Парциальное давление важно для здоровья в повседневной жизни. Чем сильнее насыщен воздух, тем выше его влияние на артериальное давление человека.
При гипертонии тяжело переносятся резкие перепады атмосферного давления, которое часто меняется в прибрежных регионах.
Людям, страдающим гипертонией, рекомендуются горные районы вдалеке от моря или океана. Во-первых, на больших высотах воздух более разреженный и испытывается меньшая тяжесть. А во-вторых, отсутствуют объекты, способные быстро насытить атмосферу водяным паром.
Заключение
Вычисление парциального давления водяного пара определяет влажность воздуха, которая влияет на разные факторы. Оно важно для многих отраслей и помогает определить, насколько благоприятны условия окружающей среды для проживания или иных целей.
