Чему равна плотность гелия при нормальных условиях. Большая энциклопедия нефти и газа

Таблица 1 Температуры кипения жидких хладагентов (при нормальном давлении)

Таблица 2 Справочно - состав сухого атмосферного воздуха

Все вещества, используемые в качестве хладагентов, не имеют цвета и запаха ни в жидком, ни в газообразном состоянии. Они не обладают магнитными свойствами и при обычных условиях не проводят электрический ток. В табл. 3 приведены основные характеристики наиболее распространенных хладагентов - азота и гелия.

Таблица 3 Физические параметры жидкого и газообразного азота и гелия

Обратим внимание на ряд важных моментов: - жидкий гелий намного легче азота (плотности различаются почти в 6,5 раз); - жидкий гелий имеет очень низкую удельную теплоту парообразования r = 20,2Дж/г, в то время как для азота r = 197,6Дж/г. Это значит, что для испарения 1г азота требуется в 9,8 раз больше подводимого тепла. Учитывая большую разницу между плотностями жидкого гелия и жидкого азота, теплоты парообразования на литр различаются еще сильнее - в 63,3 раза! Как следствие, одинаковая подводимая мощность приведет к испарению существенно разных объемов жидкого гелия и жидкого азота. Нетрудно убедиться, что при подводимой мощности в 1Вт за один час испарится примерно 1,4л жидкого гелия и 0,02л жидкого азота; - путем откачки паров можно понизить температуру жидкого азота до тройной точки Ттр = 63,15К при р кр = 12,53кПа. При переходе через тройную точку жидкий азот замерзнет - перейдет в твердое состояние. При этом возможна дальнейшая откачка паров азота над кристаллом и, как следствие, понижение температуры системы. В таблице 4 приведены значения давления насыщенных паров азота в широком диапазоне температур. Тем не менее на практике, как правило, для получения более низких температур используют либо жидкий гелий, либо устройства под названием “криокулеры”.

Таблица 4 Давление насыщенных паров азота при криогенных температурах

Примечание: * - тройная точка; ** - точка нормального кипения; *** - критическая точка

Таблица 5 Давление насыщенных паров гелия при криогенных температурах

Примечание: * - λ-точка; ** - точка нормального кипения; *** - критическая точка

Таблица 6 Плотность жидких хладагентов азота и гелия при различных криогенных температурах

Температуру жидкого гелия можно также понизить с помощью откачки, причем температура жидкости однозначно соответствует давлению пара (таблица 5). Например, давлению p=16Па соответствует температура Т = 1,0К. Необходимо помнить, что гелий имеет не тройную, а λ-точку (при Т = 2,172К) - переход в сверхтекучую фазу. При наличии оптического криостата переход через λ-точку нетрудно обнаружить визуально по прекращению объемного кипения жидкого гелия. Это связано с резким увеличением теплопроводности жидкости - от 24мВт/(м°К) до 86 кВт/(м°К). При понижении температуры кипения хладагентов (с помощью откачки паров) увеличивается плотность жидкости (см. табл. 6). Этот эффект может быть существен для корректного термометрирования, так как холодный, а значит более тяжелый гелий или азот будут опускаться на дно сосуда. Стоимость жидкого гелия в несколько раз превышает стоимость жидкого азота (примерное соотношение между рыночными ценами жидкого гелия и жидкого азота - 20:1). Поэтому при охлаждении криогенных устройств требуется разумное сочетание использования жидкого азота для предварительного охлаждения и жидкого гелия. Также существенную роль играет использование для охлаждения возвратного потока испарившегося газообразного гелия. На это указывает большая величина отношений энтальпий газа при Т = 300К и Т = 4,2К к теплоте парообразования прим.=70. То есть на нагрев газообразного гелия от 4,2К до 300К потребуется в 70 раз больше теплоты, чем на испарение жидкого гелия.

Таблица 7 Удельная теплоемкость некоторых материалов криогенной техники, Дж/(г°К)

Таблица 8 Расход хладагента на охлаждение различных металлов криогенной техники

На практике получается промежуточный результат, причем он зависит как от конструкции криостата, так и от мастерства экспериментатора. Наконец, если криостат предварительно охлаждается жидким азотом, то количество гелия, необходимого для заливки криостата, сокращается примерно в 20 раз. Это объясняется тем, что теплоемкость твердых тел в интересующем нас диапазоне температур изменяется приблизительно, как Т 3 Поэтому при предварительном охлаждении экономится большое количество гелия. Хотя одновременно, конечно же, увеличивается расход жидкого азота. При использовании жидкого азота для промежуточного охлаждения и,вообще, при работе с жидким азотом следует иметь в виду следующее. В процессе наполнения жидким азотом теплого сосуда сначала имеет место бурное кипение, наблюдается разбрызгивание жидкости (в открытых сосудах) или быстрый рост давления в закрытых сосудах. Затем, по мере охлаждения сосуда или объекта, кипение становится менее бурным. На этой стадии заполнения поверхность сосуда отделена от жидкости слоем газа, теплопроводность которого в 4,5 раза меньше теплопроводности жидкости. Если продолжать переливание жидкости, слой газа и поверхность под ним будут постепенно охлаждаться, пока газовая пленка не исчезнет и основная масса жидкости не придет в соприкосновение с поверхностью сосуда. При этом начинается второй период быстрого выкипания. И снова может иметь место разбрызгивание жидкости и быстрое повышение давления. Следует отметить, что белые клубы пара, которые часто можно видеть при переливании жидкого азота или гелия, представляют собой сконденсировавшуюся из атмосферы влагу, а не газообразные азот или гелий, так как последние бесцветны.

Cтраница 1

Плотность гелия но отношению к воздуху составляет 0 138, удельный объем - 5 596 см3 / г. Гелий почти не растворим в воде и других жидкостях и меньше, чем любой другой газ склонен к адсорбции.  

Плотность гелия при 0 и 1 атм равна.  

Плотность гелия составляет примерно V. Поскольку шар находится в воздухе, простой путь решения задачи состоит в следующем: считать плотность шара равной - 6 / 7 рвозд и не обращать в дальнейшем внимания на присутствие воздуха.  

Добровольским и Голубевым определена плотность гелия на восьми изотермах от 20 до 164 К и шести изобарах до 500 атм.  

Из табл. 2 видно, что плотность гелия невелика, а теплоемкость значительна; по этим характеристикам гелий уступает только водороду. Газообразный гелий обладает высокой теплопроводностью и является хорошим теплоносителем.  

Какова подъемная сила F 1 м3 гелия, идущего на наполнение дирижаблей, если плотность гелия относительно воздуха равна 0 137 и 1 м3 воздуха весит 1 3 кгс.  

F - численный коэффициент для приведения удельного веса ртути к значению, соответствующему стандартному значению ускорения силы тяжести и температуре 0 С; - 0 001 - суммарная поправка на капиллярную депрессию уровня ртути (диаметр трубки барометра 32 мм); / j - расстояние в мм от средней точки спирали термометра до линии конденсации водяного пара (направление вверх считается положительным); / 2 - расстояние в мм от линии конденсации водяного пара до нижнего мениска ртути в барометре (направление вверх считается положительным); гг - отношение плотности насыщенного водяного пара при давлении р к плотности ртути; г2 - отношение плотности гелия при давлении р и комнатной температуре к плотности ртути.  

Отделенный, как аргон, от азота и других подмесей, гелий выделяется из смеси с другими аргоновыми газами на основании того, что он легче их всех, а потому проникает чрез пористые перегородки в наибольшем количестве, а при действии холода, даже развиваемого жидким водородом, не превращается в жидкое состояние ; если же гелий смешан с другими аргоновыми газами, то при их сжижении растворяется в них, а такой раствор при - 250 (жидкий водород) выделяет в пустоту почти один гелий. Плотность гелия лишь в 2 0 раза превосходит плотность водорода, так что после него это наиболее легкий газ. В части аргоновых газов, подверженных сжижению, и в тех частях сжиженного воздуха, которые испаряются наиболее трудно, находятся еще два газа, считаемые, как аргон, простыми телами, но кипящие выше аргона, а именно криптон Кг 81 8 и ксенон Хе 128, открытые Рамзаем и Траверсом.  

Рассмотрим теперь взаимодействие нейтрона с ротонным спектром. Нам необходимо определить изменение плотности гелия в месте нахождения нейтрона, обусловленное наличием ротонов.  

В заключение мы должны рассмотреть переходы из состояния квазисвободной плоской волны в локализованное состояние электрона в гелии. Сандерс и Левин наблюдали , что, когда плотность гелия в газовой фазе возрастает при 4 2 К, в области 6 - Ю20 - 1 2 - 1021 атом / см3 достигается критическое значение плотности, начиная с которого подвижность электрона убывает на три-четыре порядка до величины, соответствующей подвижности электрона в жидкости. Теоретическое исследование зависимости энергий свободного и локализованного состояний электрона от плотности в гелии приводит к значению 1 0 - 1021 атом / смА, выше которого локализованные состояния становятся более стабильными, чем свободные. Это теоретическое значение хорошо согласуется с экспериментальными данными. Полученный результат легко понять, если учесть, что при относительно низких плотностях пузырек не является конфигурацией с наинизшей энергией, поскольку работа объемного расширения, требующаяся для образования полости, еще велика. В то же время снижение энергии локализованного состояния по сравнению с энергией плоской волны мало ввиду малой плотности. Эксперименты Сандерса вместе с изложенными соображениями подтверждают применимость пузырьковой модели.  

В заключение мы должны рассмотреть переходы из состояния квазисвободной плоской волны в локализованное состояние электрона в гелии. Сандерс и Левин наблюдали , что, когда плотность гелия в газовой фазе возрастает при 4 2 К, в области б - Ю20 - 1 2 - 1021 атом / см3 достигается критическое значение плотности, начиная с которого подвижность электрона убывает на три-четыре порядка до величины, соответствующей подвижности электрона в жидкости. Теоретическое исследование зависимости энергий свободного и локализованного состояний электрона от плотности в гелии приводит к значению 1 0 - 1021 атом / см3, выше которого локализованные состояния становятся более стабильными, чем свободные. Это теоретическое значение хорошо согласуется с экспериментальными данными. Полученный результат легко понять, если учесть, что при относительно низких плотностях пузырек не является конфигурацией с наинизшей энергией, поскольку работа объемного расширения, требующаяся для образования полости, еще велика. В то же время снижение энергии локализованного состояния по сравнению с энергией плоской волны мало ввиду малой плотности. Эксперименты Сандерса вместе с изложенными соображениями подтверждают применимость пузырьковой модели.  

Процесс при небольших перепадах протекает почти обратимо в. Др устанавливается разность темп-р ДГ такая, что Др р5ДГ, где р - плотность гелия, S - энтропия единицы массы гелия.  

Вычислить вероятность рассеяния удается только для нейтронов, скорость которых меньше скорости звука в гелии II, что соответствует энергиям, меньшим, чем 3 5 К. В этом случае энергия взаимодействия нейтрона с гелием имеет весьма простой вид - она пропорциональна плотности гелия. В промежуточной области энергий, между 3 5 и 15 5 К, вычисления наталкиваются на большие затруднения.  

Активированные угли были получены прокаливанием сарана при 600 с последующей обработкой паром при 950; длительность обработки паром последовательно увеличивалась. В третьем и четвертом столбцах даны объемы, вычисленные по правилу Гурвича по изотермам адсорбции NJ и СгН5С1; в пятом столбце приведены объемы, вычисленные по плотности гелия и ртути.