气体及气瓶基础知识ppt

虽然完全理想的气体并不可能存在，但许多实际气体，特别是那些不容易液化、 凝华的气体（如氦、氢气、氧气、氮气等，由于氦气不但体积小、互相之间作用力小、 也是所有气体中最难液化的，因此它是所有气体中最接近理想气体的气体。）在常温 常压下的性质已经十分接近于理想气体。
第二章 气瓶基础知识
第一节 常用术语 一、物理性能术语 金属的物理性能，包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等。金属的化 学性能是指金属在化学作用下表现的性能，如耐腐蚀性和热稳定性等。 1、密度 密度是物体重量和其体积的比值；金属的密度即是单位体积金属的质量，符 号用ρ表示，计算公式如下： ρ= M/ V 式中M—物体的质量(㎏)； V—物体的体积(m3) ρ—物体的密度(㎏／m3) 一般将密度小于6000(㎏／m3)的金属称为轻金属，密度大于6000(㎏／m3)的金属 称为重金属。 2、熔点：金属或合金的熔化温度，称为熔点。金属都有固定的熔点。 属于难熔的金属有钨、钼、铬、钒等，属于易熔的金属有锡、铅、锌等。 3、热膨胀 ：金属和合金受热时，它的体积会增大，冷却时则收缩。金属的这种性能 称为热膨胀性。热膨胀的大小，用线胀系数或体胀系数来表示。线胀系数的计算公式 如下式中L0—膨胀前长度(cm) L1—膨胀后长度(cm) T一升高的温度(℃)； α—线膨胀系数(厘米／厘米℃)
（三）凝固 物质从液态变为固态的过程叫凝固。 （四）升华 物质从固态不经液态直接变为气态的过程叫升华。 （五）熔化 物质从固态变成液态的过程称为熔化。开始熔化的温度叫熔点。
二、相平衡 物质的形态，在热力学上称为相，液态称为液相，气态称为气相。
物质形态的改变称为相变，在相变过程中，物质要通过两相之间的界面，从 一个相迁移到另一个相中去，当宏观上物质的迁移停止时，就称为相平衡。
四、质量与体积 （一）质量 ：是表示物质多少物理量，质量的符号“m”，单位为”Kg”。 （二）体积：体积量的符号”V”,单位名称“立方米”或“升” ，单位符号“m3”或”L”。 五、比体积与密度 （一）比体积 比体积是单位质量占有的体积，是确定物质状态的基本参数之一。通常用“ν”表示。 常用单位“m3/kg”。计算式为： ν=V/m （二）密度 密度是指单位体积的物质具有的质量，通常用符号“ρ”表示，常用单位是“kg/m3”或 “g/L’。它是比体积的倒数，计算式为： ρ=m/V
（二）、拉伸试验 1、拉伸试样 进行拉伸试验时，采用如图1-3所示的拉伸试样。试样可分为长短两种， 长试样Lo/d0=10；短试样Lo/d0=5。一般工厂采用的试样直径dO=10毫米，Lo=100毫 米 2、 拉伸试样放在拉伸试验机上，按规定标准加载，随着载荷增加，试样经过弹性变 形，塑性变形伸长变形直至断裂， Ope为弹性变形阶段。当作用在试样上的裁荷在一定限度之内时，载荷与伸长量成正 比例，外力去除后，试样恢复原来的形状和尺寸。 esb为弹性—塑性变形阶段。s点出现的水平线段表示在载荷不变的情况下试样继续伸 长；即材料丧失了抵抗塑性变形的能力，称为材料的屈服，发生塑性变形后，由于内 部结构变化，产生加工硬化，要使金属继续变形，必须再增加载荷，这样载荷继续增 加，试样则均匀伸长。达到b点屁开始出现缩颈变形,变形集中在缩颈处。 bz为断裂阶段。由于缩颈出现后截面剧烈减小；试样不足以抵抗外力的作用，因此在z 点发生断裂。根据拉伸曲线上各种特殊点的外力与原截面的关系，· ，可以测定材料的 强度指标。 （三）强度：所谓强度就是指受外力作用下抵抗变形和破坏的能力。 1、应力：为了便于比较各种材料的强度。常用单位面积上材料的抗力（内力：内力的 大小和外力相等）来表示，称为应力。应力的计算为： σ= p/ F 式中：σ—应力(公斤力／毫米2)； p—外力(公斤力)； F—横截面面积(毫米2)。
（2）工程大气压，又称公制大气压，单位符号为“at”。其定义是均匀作用于 1cm2面积上的力为1kg.f时的压强值。工程大气压有绝对压力和表压力之分。表压 就是用压力表测出的压力。 1at=98.0665KPa=0.0980665MPa （3）巴。”巴“在东欧普遍采用，其符号为”bar“ 1bar=100KPa=0.1MPa
二、压强
（一）气体压强
气体对气瓶或其他容器内壁的压力，是由于运动着的气体分子撞击器壁而产生 的。
决定气体压强大小的因素有两个： （1）压强跟气体压缩程度有关，也就是说跟单位体积内的分子数或气体的密度 有关。 （2）气体压强跟它的温度有关，因温度的升高标志着气体分子运动速度的增加， 速度增大，分子撞击器壁的次数也随着增加，所产生的所用力也随之增大。 单位面积承受的垂直于这个面积的作用力称为压强： P=F/A 均匀垂直作用在物体表面上的力，通常称作压力。在物理学中，“压力”与”压 强“是两种不同的物理量。在工程技术上及日常生活中，却常把压强称作压力。
临界状态的特点 1）任何纯物质都有其唯一确定的临界状态 2）在大于临界压力条件下，等压加热过程不存在汽化段，液体由未饱和态直接 变化为过热态 3）在大于临界温度条件下，无论压力多高都不可能使气体液化 4）在临界状态下，可能存在超流动特性 5）在临界状态附近，水及水蒸汽有大比定压热容特性 （一）临界温度 临界温度，使物质由气相变为液相的最高温度叫临界温度。每种物质都有一个 特定的温度，在这个温度以上，无论怎样增大压强，气态物质不会液化，这个温度 就是临界温度 。简言之，就是液体能维持液相的最高温度。用符号“tc”表示。 定义解释 ①物质处于临界状态时的温度。 ②物质以液态形式出现的最高温度。 ③高于临界温度，无论加多大压力都不能使气体液化。在临界温度时，使气体 液化所必须的最低压力叫临界压力。 气体的临界温度越高，就越容易液化，气体的温度比其临界温度越低，液化所 需压力越小。例如，天然气主要成份甲烷的临界温度较低(—82．1℃)故较难液化。 而液化气其主成份C3、C4临界温度较高，故较易液化。
物质的相平衡状态取决于温度和压力，若有一个条件发生变化，则与其对应 的相平衡就遭到破坏，同时发生相变过程，从而建立新的相平衡关系，直至达到 新的平衡。 在一个密闭的容器中，气、液两相达到动态平衡状态时，称为饱和状态。饱 和状态下的液体为饱和液体，其密度为饱和液体密度。在饱和液体界面上的蒸汽 称为饱和蒸汽，其密度和压力分别称为饱和蒸汽和饱和蒸汽压力。 三、临界状态 纯物质的气、液两相平衡共存的极限热力状态。物质的气态和液态平衡共存 时的一个边缘状态。 在此状态时，饱和液体与饱和蒸气的热力状态参数相同，气液之间的分界面 消失，因而没有表面张力，气化潜热为零。处于临界状态的温度、压力和比容， 分别称为临界温度、临界压力和临界比容。可用临界点表示。
（二）压力的法定计量单位
压力的计量单位为帕斯卡，单位符号位”Pa“，它的定义是：1Pa=1N/m2 但在工程上常用KPa、MPa作单位。 1000Pa=1KPa 、 1000000=1000KPa=1MPa （三）常见的几种压力单位及换算 标准大气压，又称物理大气压，单位符号为“atm ”它是地心引力对大气层 作用的结果。1 atm=101325Pa=101.325KPa=0.101325MPa。
第一章 气体基础知识
第一节 基础概念 一、分子、原子与元素 （一）分子
构成物质且保持这种物质性质的最小微粒叫分子。
（二）原子 分子由更小的微粒——原子组成。在一定条件下分子能够分解成原子， 但分解后的原子将不保持原物质的性质。 （三）元素 在化学中，把性质相同的同一种类原子叫做元素。元素就是同种原子的 总称。化学中采用一定的字母符号来表示各种元素，称作元素符号。用元素符 号来表示物质分子组成的式子，叫分子式。例如：氢元素表示为：H 氢气分子 式为：H2
（二）临界压力 物质处于临界状态时的压力（压强）。就是在临界温度时使气体液化所需要的最小 压力。也就是液体在临界温度时的饱和蒸气压。 用符号“Pc”表示。 （三）临界密度 气体在临界温度和临界压力下的密度，称为临界密度。用符号“ρc”表示。 四、气体的基本定律 （一）玻义耳—马略特定律 玻义耳－马略特定律它反映气体的体积随压强改变而改变的规律。对于一定质 量的气体，在其温度保持不变时，它的压强和体积成反比；或者说，其压强P与它 的体积V的乘积为一常量，即 PV＝C（常数）（T不变时）或 P1V1＝P2V2＝ ＝ PnVn。式中常量的大小与气体系统的温度和气体的质量有关。实际气体只是在压 强不太高、温度不太低的条件下才服从这一定律。 玻—马定律这个过程，又称等温过程（或称等温变化）。
1、分子体积与气体体积相比可以忽略不计； 2、分子之间没有相互吸引力； 3、分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞不造成动能损失。 4、在容器中，在未碰撞时考虑为作匀速运动，气体分子碰撞时发生速度 交换，无动能损失。 5、理想气体的内能是分子动能之和。 理想气体是一种理想化的气体，实际并不存在。一般气体压强不太大， 温度不太低的条件下，性质非常接近理想气体。因此，常常把实际气体当做 理想气体来处理。 （五）理想气体状态方程 理想气体状态方程（也称理想气体定律、克拉佩龙方程）是描述理想 气体在处于平衡态时，压强、体积、物质的量、温度间关系的状态方程。 质量为m，摩尔质量为M的理想气体，其状态参量压强p、体积V和绝对 温度T之间的函数关系为: pV=mRT/M=nRT 式中M和n分别是理想气体的摩尔质量和物质的量； R是气体常数，R=8.314J/（mol· K） 对于混合理想气体，其压强p是各组成部分的分压强p1、 p2、……之 和，故 pV=（ p1+ p2+……）V=(n1+n2+……)RT， 式中n1、n2、……是各组成部分的摩尔数。
第二节 物质的状态
一、物质状态的变化 自然界物质所呈现的状态通常有：气态、液态和固态。其中任何一种状态只能 在一定的条件下（温度、压力等）存在。当条件发生变化时，物质分子间的相 互位置就发生相应变化，既表现为状态的变化。
（一）气化
物质从液态变成气态的过程叫气化。 （二）液化
物质从气态变为液态的过程叫液化。
（二）查理定律
查理定律（Charle law） 描述定质量气体在体积不变时其压强随温度作线性变化 的规律：P=P0(1+βt)，其中P0是在0℃时的体积，t为摄氏温度，β是气体的膨胀系数。 对于理想气体， β与气体种类及温度范围 无关，且β=1/273.15，这时 P=P0(1+t/273.15) 如果把t换算成热力学温度T时，则对于热力学温标，则有 P=P0(1+(T-273)/273.15) = P0(1+ T/273.15-1) = P0T/273.15 即P/T= P0/273.15，设P0/273.15=C则： P/T=C（C为定值），说明一定质量的气体 若体积不变，压强与热力学温度成正比。 （三）盖•吕萨克定律 盖吕萨克定律：压强不变时，一定质量气体的体积跟热力学温度成正比。即 V1/T1=V2/T2=……=C恒量。 （四）理想气体 严格服从玻-马略特、查理定律和盖-吕萨克定律的气体，称为理想气体 。 从分子运动论的角度看，理想气体的微观模型应具有下列特点;
（4）英制大气压。英制大气压是工程大气压的一种，单位符号为”pai“ 5
1pai=6.89476Pa=0.00689476MPa （5）其Байду номын сангаас压力计量单位。 1mmH2O=9.80665Pa 10mH2O=0.0980665MPa
1mmHg=133.322Pa=0.133322KPa 三、温度 表示物体冷热程度的物理量称为温度。温度是物体分子平均运动能的标志。 温度的表示方法：华氏温度（℉)、摄氏温度（℃）、热力学温度（K） T[K]=t(℃ ) ＋273.15=5/9×[t(℉)-32] ＋ 273.15
4、导热性：金属在加热或冷却时能够传导热能的性质称力导热性。 为比较金属的 导热性，设导热最好的银的导热率为l，则铜的导热率为0．9，铝为0.5，铁为0．18， 汞为0．02等。 5.导电性 金属能够传导电流的性能，称为导电性。导电性的好坏，用电阻系数表 示，电阻系数越小，导电性就越好。导电性最好的是银，其次是铝，工业上常用铜、 铝或它们的合金做导电结构材料. 二、化学性能术语 1、耐腐蚀性 金属材料在常温下抵抗氧、水蒸汽等介质腐蚀的能力，称为耐腐蚀性。 2，抗氧化性：金属在高温下对氧化的抵抗能力称为抗氧化性。 3、化学稳定性：耐腐蚀性和抗氧化性的总和。 三、 金属的力学（机械）性能 （一）气瓶在使用过程中，受到不同形式外力的作用，所谓金属的机械性能，是指 金属抵抗外力的能力。 1、机械性能的基本指标有强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度等； 2、当金属材料受外力作用时，这种外力称为载荷(或称负荷、负载)。 3、受外力后形状改变，称为变形。 4、载荷因其作用性质不同，可以分为静载荷、冲击载荷和交变载荷等。 静载荷 是指大小不变或变动很慢的载荷。 冲击载荷 是指突然增加的载荷。 交变载荷 是指大小或方向作周期性变换的载荷。 5、材料受载荷作用后的变形，可分为拉伸、压缩、剪切、扭转和弯曲等。