Как меняются температура воздуха при его сжатии и расширении?

Поділитися
Вставка
  • Опубліковано 7 лют 2025

КОМЕНТАРІ • 44

  • @FilFiz
    @FilFiz  7 днів тому

    Для тех, кто может сделать донат для поддержки канала и создания новых видео:
    Карта сбербанка: 2202200167594801 (Дмитрий Филатов). Ссылка на мой кошелёк в Яндекс-деньгах: yoomoney.ru/to/4100184044747

  • @igor_electrician
    @igor_electrician 6 днів тому +1

    Один из лучших каналов по физическим опытам.
    Жаль, пока недооценённый. Удачи и развития!

    • @FilFiz
      @FilFiz  6 днів тому +1

      Спасибо большое!

  • @evbond78
    @evbond78 7 днів тому +2

    Спасибо, познавательно! Для упрощения изготовления необязательно промазывать термоклеем. И вентиль бескамерной шины и крышечки пластиковых бутылок так устроены, что при плотной посадке сами герметизируются при повышении давления.

    • @FilFiz
      @FilFiz  7 днів тому

      Я уже делал без термоклея и воздух уходил при высоком давлении, поэтому выбрал такой, более надёжный вариант.

  • @ОлегЛаптев-е9о
    @ОлегЛаптев-е9о 6 днів тому +2

    😊беру мыльную губку. Сжимаю ее. Выдавливается пена. По аналогии, сжав воздух, выдавливаем из него энергию, как пену.

    • @FilFiz
      @FilFiz  6 днів тому +1

      Неожиданная аналогия!

  • @ОлегЛаптев-е9о
    @ОлегЛаптев-е9о 6 днів тому +1

    Двигатель Стирлинга-постоянный поиск баланса между давлением и темпетатурой. И постоянно проскакивает мимо точки баланса. Поэтому и работает.

    • @FilFiz
      @FilFiz  6 днів тому

      Вот интересно было бы снять видео с таким двигателем...

  • @igorkulikov2850
    @igorkulikov2850 7 днів тому +1

    Дмитрий, Вам респект !
    В вашем эксперименте масса воздуха в начале фазы сжатия составляет 10-12 г, в зависимости от объема пластиковой бутыли, который Вы не озвучили. На вид в бутыли 8 - 9 литров. У меня есть 9 литровая пластиковая бутыль, так вот она весит 140 грамм.
    Это значит, что масса сосуда, в котором происходит сжатие, раз в десять превосходит массу сжимаемого воздуха ! А теплоемкость сосуда превосходит теплоемкость воздуха раз в двадцать, поскольку удельная теплоемкость полипропилена вдвое превышает удельную теплоемкость воздуха. !
    Следовательно, в фазе сжатия бОльшая часть тепла, образующегося при сжатии воздуха, расходуется на нагрев стенок бутыли.
    Когда Вы в первый и во второй раз сбрасываете давление в бутыли, её стенки ещё сохраняют тепло предыдущего сжатия, и поэтому не дают воздуху внутри сосуда сильно остыть.
    А когда стравливание воздуха происходит в третий раз, то остывшие стенки позволяют воздуху достичь более низкой температуры.
    В новом эксперименте будет нелишним установить дополнительный термодатчик на стенку бутыли.
    Кстати, каким датчиком Вы измеряете температуру воздуха ? Насколько инерционен этот датчик ?

    • @FilFiz
      @FilFiz  3 дні тому

      Вы конечно правы. Бутыль 5 литров. Датчик высокочувствительный, реагирует быстро. Да, интересно бы сравнить с температурой стенок бутыли.

  • @RomanVladimirovichF
    @RomanVladimirovichF 7 днів тому +1

    тут ещё большим фактором является величина влажности воздуха

    • @olololoolol8526
      @olololoolol8526 6 днів тому

      Изменение теплоёмкости воздуха влажностью 0-100% практически незаметно

  • @Cassiopeia126
    @Cassiopeia126 6 днів тому +1

    Датчик температуры условно регистрирует взаимодействие количества молекул воздуха с поверхностью датчика в единицу времени. Поэтому при резком понижении давления, количество таких взаимодействий тоже резко уменьшится. А при плавном понижении, датчики дольше взаимодействуют с воздухом, поэтому-то и показывают температуру чуть выше. Здесь нет никакой загадки.

    • @FilFiz
      @FilFiz  4 дні тому

      Конечно у датчиков есть некоторая инерционность

    • @igorkulikov2850
      @igorkulikov2850 21 годину тому

      @@FilFiz Если исходить из гипотезы о том, инерционность датчика температуры является следствием снижения теплопроводностью воздуха при понижении давления, то как быть с тем обстоятельством, что величина теплопроводности любого газа очень мало зависит от его давления. Например, теплопроводность воздуха при давлении 1 бар и при давлении 1 мм рт. столба - практически одинаковы.

  • @Mr.Not_Sure
    @Mr.Not_Sure 6 днів тому +2

    Возможно, я что-то не так понял, но я вижу, что в случае стравливания падение температуры было больше, чем в случае протыкания.
    Сравнивать нужно одинаковые начальные (110 кПа) и конечные (0 Па) давления.
    В первом случае стравливание было произведено в два этапа. Из-за скорости процесса, трудно оценить температуру в момент прохождения точки P=110 кПа.
    Грубо, если 110 кПа -- это середина между давлением до первого стравливания (140 кПа) и после первого стравливания (80 кПа), -- то и температура должна быть посередке между начальной (31 °C) и моментом переключения с адиабатического режима в изохорический (t=60 с, T=27 °C), т.е. 29 °C.
    Тогда итоговое падение температуры из-за стравливания равняется 29-19=10 °C.
    А падение температуры из-за прокола равно 22-15=7 °C.
    Что и понятно, ибо прокол даёт адиабату, а стравливание содержит ещё теплопередачу.

    • @FilFiz
      @FilFiz  4 дні тому +1

      В первом случае воздух в бутылке больше отдал тепла, чем принял, а во втором случае он только принимал тепло из окружающей среде благодаря теплопередаче. Поэтому разница и получилась меньше. Так что вы правы.

  • @Totsam13
    @Totsam13 5 днів тому +1

    Газовые законы он Лайн 😊

    • @FilFiz
      @FilFiz  4 дні тому

      Ну не совсем он-лайн. Стрим пора бы сделать.

  • @igorkulikov2850
    @igorkulikov2850 2 дні тому +1

    При большом внимании к деталям эксперимента в тени осталось самое удивительное: многократное превышение прироста тепла над работой сжатия. Например, при повышении давления в ходе адиабатного сжатия одного кубометра воздуха с 1 бар до 2 бар затрачивается 13528 Дж работы, а прирост тепла в сжатом воздухе равен 47166 Дж, с нагревом воздуха с 300К до 365,7 К. В итоге прирост тепла в 3,49 раза больше механической работы сжатия.
    На первый взгляд, такая ситуация представляется невозможной, но это факт.
    Интересно, что при изотермическом сжатии того же кубометра воздуха с 1 бара до 2 бар затрачивается большее количество работы 19314,7 Дж, но и тепла генерируется больше 69314,7 Дж. Здесь уже тепло сжатия в 3,59 раза превышает механическую работу.
    Адиабатное сжатие возможно только при очень быстром протекании процесса, когда теплообменом с окружающей средой можно пренебречь.
    Изотермическое сжатие проще всего реализуется при очень медленном процессе, когда сжимаемый воздух успевает все своё избыточное тепло сбросить в окружающую среду.

    • @FilFiz
      @FilFiz  2 дні тому

      Согласен, очень это интересно. Хорошо было бы снять видео на эту тему.

    • @FilFiz
      @FilFiz  2 дні тому

      Согласен, очень это интересно. Хорошо было бы снять видео на эту тему.

    • @igorkulikov2850
      @igorkulikov2850 День тому

      @@FilFiz Лет пять назад я проводил эксперименты по адиабатному сжатию воздуха. Цилиндр и задвигаемый в цилиндр шток были сделаны из тонкостенных вентиляционных труб ПВХ. Цилиндр - из трубы с внутренним диаметром 125 мм, а шток-поршень из трубы с наружным диаметром 102 мм.
      Шток задвигался на глубину 154 мм. При этом первоначальный объем воздуха в цилиндре 11,254 л уменьшался до 9,996 л. Степень сжатия 1,1258.
      При резком вдавливании штока в цилиндр (доли секунды) температура воздуха подскакивала на 10 градусов. Соотношение механической работы и образовавшегося тепла было 10 - 11 кратным.

  • @igorkulikov2850
    @igorkulikov2850 7 днів тому +1

    При сжатии воздуха совершается работа против сил взаимного отталкивания молекул воздуха. Внешняя работа переходит во внутреннюю энергию сжатой воздушной пружины.
    Чтобы количественно обрисовать энергетическую картину фазы сжатия, вовсе не обязательно знать тонкости взаимодействия газовых молекул между собой.
    Представим себе кубометр воздуха атмосферного давления (100 000 Па ), находящийся в цилиндре под поршнем с площадью 1 кв.метр.
    Если вдвинуть поршень на 0,1 метра, то объем воздуха в цилиндре уменьшится до 0,9 куб. метра.
    Можно более-менее точно оценить работу, затраченную на задвигание поршня.
    В начальный момент фазы сжатия усилие на штоке поршня равно нулю F1 = 0 (давления с обеих сторон поршня равны). В конце фазы адиабатного сжатия давление в цилиндре повысилось до 116 000 Па (из справочника - адиабата Пуассона). Если воздух сжимать достаточно быстро (доли секунды), то теплообменом воздуха с цилиндром и поршнем можно пренебречь. Такой тип сжатия именуют адиабатным.
    Конечное усилие на штоке поршня F2 = 116 000 - 100 000 = 16 000 Н. Среднее усилие Fср = (F1+F2)/2= (16000+0)/2 = 8000 Н. Ход поршня L=0,1 м. Отсюда работа А = F * L= 8000*0,1= 800 Дж.
    А теперь, самое интересное !
    Из того же справочника: при адиабатном повышении давления с 100 000 Па до 116 000 Па температура воздуха повышается от комнатной температуры на 13 градусов (от 300 К до 313 К).
    Масса кубометра воздуха под поршнем равна 1,16 кг. Теплоемкость 1 кг воздуха 717,5 Дж/град, соответственно, прирост тепла равен 1,16 * 717,5* 13 = 10820 Дж.
    То есть прирост тепла при сжатии воздуха в данном примере 13,5 раз превысил механическую работу сжатия, приложенную к штоку поршня ! ! !
    А вы говорите, не бывает процессов с КПД больше 100% !
    У нас КПД преобразования механической работы в тепло оказался равен 13500 % !
    Этому парадоксу есть простое объяснение. Если возникнет интерес, могу рассказать.

    • @FilFiz
      @FilFiz  7 днів тому

      Конечно интересно. Надо внимательно изучить, подумать. Ваше сообщение удобно использовать в учебном процессе. Надо этот вопрос задать самым умным учащимся.

    • @igorkulikov2850
      @igorkulikov2850 6 днів тому +1

      Я привел оценку работы сжатия одного кубометра воздуха, когда цилиндр с поршнем окружает атмосфера. А теперь я повторю те же рассуждения для случая, когда цилиндр с поршнем окружает вакуум.
      В начальный момент фазы сжатия усилие на штоке поршня равно F1 = 100 000 Н (давление с одной стороны поршня равно 100 000 Па, а с другой стороны равно нулю). В конце фазы адиабатного сжатия давление в цилиндре повысилось до 116 000 Па (из справочника - адиабата Пуассона).
      Конечное усилие на штоке поршня F2 = 116 000 Н. Среднее усилие Fср = (F1+F2)/2= (116000+100000)/2 = 108000 Н. Ход поршня L=0,1 м. Отсюда работа А = F * L= 108000*0,1= 10800 Дж.
      Масса кубометра воздуха под поршнем равна 1,16 кг. Теплоемкость 1 кг воздуха 717,5 Дж/град, соответственно, прирост тепла равен 1,16 * 717,5* 13 = 10820 Дж.
      То есть, прирост тепла при сжатии воздуха в окружающем вакууме равен механической работе сжатия, приложенной к штоку поршня !
      Оказывается, сжимая воздух в условиях внешнего давления атмосферы, мы получаем гигантскую помощь от неподвижной и, казалось бы, пассивной атмосферы.

    • @FilFiz
      @FilFiz  3 дні тому

      Очень интересно, спасибо большое. Надо бы из вашего сообщения сделать параграф учебника или видео сделать учебное на эту тему.

  • @spiritmoon3457
    @spiritmoon3457 7 днів тому +2

    Скорость сбрасывания давления наверное играет.
    Пока вы медленно спускали давление через ниппель, температура понижалась медленно, это заняло некоторое время, и воздух успевал немного нагреться от окружающей среды через стенки.
    Когда вы быстро давление спустили, то меньше по времени происходил нагрев через стенки от внешней среды. В итоге температура опустилась ниже.
    Так?

    • @FilFiz
      @FilFiz  7 днів тому

      Бутылка пятилитровая. Датчик давления высокоточный, беспроводной от фирмы Pasco. Зонд маленький, поэтому быстро реагирует на изменение температуры. Спасибо, за такой подробный коммент. Все комментарии изучу и извлеку полезное для учебного процесса в школе.

    • @igorkulikov2850
      @igorkulikov2850 6 днів тому

      Очень верное замечание. Чем с большей скоростью происходит процесс расширения или сжатия газа, тем ближе этот процесс к тому адиабатическому процессу, который изучал знаменитый Пуассон. Чтобы приблизиться к идеальной адиабате, следует сжимать или расширять воздух быстрее, чем за 0,1 сек. В придачу надо иметь безынерционный термодатчик - тонюсенькую термопару из проволоки 0,1 мм.
      Идеальная адиабата предполагает полное отсутствие теплообмена газа с окружающей средой в ходе расширения/сжатия.

    • @igorkulikov2850
      @igorkulikov2850 6 днів тому +1

      @@FilFiz Максимальную погрешность в замеры вносит температурный датчик. Я применял термопары из проволоки 0,1 мм, и всё равно наблюдается определенное запаздывание.
      Ума не приложу, как Пуассон вывел точное значение показателя адиабаты для разных газов, пользуясь ртутным термометром ?
      На мой взгляд, это невозможно.

    • @FilFiz
      @FilFiz  3 дні тому

      Значит он нашёл выход. Люди умные и увлечённые могут очень многое!

    • @igorkulikov2850
      @igorkulikov2850 2 дні тому

      @@FilFiz Странным образом Пуассон, после завершения своих газовых опытов, очень долго тянул с опубликованием результатов расчета показателя адиабаты для воздуха. Как пишут его современники, он упорно ждал результатов измерения теплоемкости воздуха от Майера и Джонсона. И когда, после небольших споров между Майером и Джонсоном, было установлено, что Ср - теплоемкость при постоянном давлении в 1,4 раза превосходит Сv - теплоемкость при постоянном объеме, вот только тогда Пуассон объявил, что выявленный им показатель адиабаты для воздуха равен значению 1,4. А ведь это значение в точности равно отношению Ср/Cv.
      То есть, важнейший физический параметр, определяющий зависимость температуры сжимаемого газа от растущего давления, получен не в результате экспериментов по адиабатному сжатию, а на основе теоретической гипотезы о том, что работа адиабатного сжатия газа целиком переходит в тепловую энергию газа.
      Казалось бы, сжатый газ подобен сжатой пружине, обладающей энергией упругой деформации ? Но, нет - сжатому газу отказано в наличии энергии упругой деформации. Внутренняя энергия газа - это исключительно его тепловая энергия.
      Интересно, что при изотермическом сжатии газа считается, что вся работа сжатия газа без остатка переходит в тепло, отводимое от газа во внешнюю среду. Отсюда внутренняя энергия 1 кг воздуха при атмосферном давлении равна энергии того же килограмма, сжатого до 10 бар (разумеется при одинаковой температуре). Очень весомая энергия упругой деформации "сжатой газовой пружины" никак не принимается в расчет при оценке внутренней энергии газа. Разве это - не парадокс ?

  • @benduolo
    @benduolo 7 днів тому +1

    Может, раз газ теряет температуру (энергию). тогда он сам совершает работу??))
    Но, это просто догадка)

    • @FilFiz
      @FilFiz  7 днів тому +1

      Конечно совершает работу, но она здесь не так заметна

    • @MrRavioly
      @MrRavioly 7 днів тому +1

      Насос разогревает трубку) что входит в бутылку и там греев воздух) при выпускании воздуха, поток медленный и остывание! Газ всегда статичен! Его не возможно нагреть остудить и сжать) можно только растянуть! Так работает молния!

  • @MrRavioly
    @MrRavioly 7 днів тому

    У вас насос нагревает воздух) а не давление, трубочка то тоненькая) и греет собой воздух в бутылке!

    • @FilFiz
      @FilFiz  6 днів тому

      Насос создаёт давление. Автомобиль движет сила трения покоя, но создаёт её двигатель.

    • @MrRavioly
      @MrRavioly 6 днів тому

      @@FilFiz и что? нагрев создает насос а не давление! нагрев трубки они имеет минимальны диаметр! Автомобил едет потому что там сидит человек!

    • @FilFiz
      @FilFiz  3 дні тому

      Может и без человека ехать

    • @MrRavioly
      @MrRavioly 3 дні тому

      @@FilFiz не может!

  • @mihail_redov
    @mihail_redov 7 днів тому

    ну и почему?

    • @FilFiz
      @FilFiz  6 днів тому

      А почему, об этом может каждый и сам подумать