ความหนาแน่นของก๊าซ

ก๊าซมีความหนาแน่นต่ำซึ่งแตกต่างจากของเหลว ความหนาแน่นปกติก๊าซคือมวลของลิตรที่ 0 ° C และความดัน 1 kgf / cm2 มวลของหนึ่งโมเลกุลของก๊าซใด ๆ จะแปรผันตามความหนาแน่นของมัน

ความหนาแน่นของก๊าซ c เปลี่ยนแปลงตามสัดส่วนของความดันและวัดได้จากอัตราส่วนของมวลก๊าซ m ต่อปริมาตร V ที่ก๊าซนั้นครอบครอง:

เพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติ จะสะดวกในการจำแนกลักษณะของก๊าซต่างๆ ตามความหนาแน่นของก๊าซที่สัมพันธ์กับอากาศภายใต้สภาวะความดันและอุณหภูมิเดียวกัน เนื่องจากโมเลกุลของก๊าซต่างๆ มีมวลต่างกัน ความหนาแน่นของพวกมันที่ความดันเดียวกันจึงแปรผันตามมวลโมลาร์ของพวกมัน

ความหนาแน่นของก๊าซและอัตราส่วนของความหนาแน่นต่อความหนาแน่นของอากาศ:

กฎพื้นฐานของแก๊ส

ลักษณะของก๊าซคือพวกมันไม่มีปริมาตรและรูปร่างของตัวเอง แต่อยู่ในรูปและครอบครองปริมาตรของภาชนะที่วางอยู่ ก๊าซเติมปริมาตรของเรืออย่างสม่ำเสมอพยายามขยายและครอบครองปริมาตรให้ได้มากที่สุด ก๊าซทั้งหมดมีการบีบอัดสูง โมเลกุลของก๊าซจริงมีปริมาตรและมีแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน แม้ว่าปริมาณเหล่านี้จะน้อยมากก็ตาม การคำนวณหาก๊าซจริงมักจะใช้กฎของก๊าซสำหรับก๊าซในอุดมคติ ก๊าซในอุดมคติคือก๊าซที่มีเงื่อนไขซึ่งโมเลกุลไม่มีปริมาตรและไม่มีปฏิกิริยาซึ่งกันและกันเนื่องจากไม่มีแรงดึงดูด และในการชนกันระหว่างพวกมันจะไม่มีแรงอื่นใดกระทำ ยกเว้นแรง ผลกระทบที่ยืดหยุ่น. ก๊าซเหล่านี้เป็นไปตามกฎหมายของ Boyle - Mariotte, Gay-Lussac ฯลฯ อย่างเคร่งครัด

ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้นและความดันต่ำลง พฤติกรรมของก๊าซจริงจะสอดคล้องกับก๊าซในอุดมคติมากขึ้นเท่านั้น ที่ความกดอากาศต่ำ ก๊าซทั้งหมดถือว่าเหมาะสมที่สุด ที่ความดันประมาณ 100 กก./ซม.2 ความเบี่ยงเบนของก๊าซจริงจากกฎของก๊าซในอุดมคติไม่เกิน 5% เนื่องจากการเบี่ยงเบนของก๊าซจริงจากกฎที่ได้มาสำหรับก๊าซในอุดมคติมักจะเล็กน้อย กฎของก๊าซในอุดมคติสามารถใช้ได้อย่างอิสระเพื่อแก้ปัญหาในทางปฏิบัติมากมาย

กฎของบอยล์ -- Mariotte

การวัดปริมาตรของก๊าซภายใต้อิทธิพลของความดันภายนอกแสดงให้เห็นว่ามีความสัมพันธ์อย่างง่ายระหว่างปริมาตร V และความดัน P ซึ่งแสดงโดยกฎของ Boyle-Mariotte นั่นคือ ความดันของมวล (หรือจำนวน) ของก๊าซที่กำหนดที่อุณหภูมิคงที่ แปรผกผันกับปริมาตรของก๊าซ:

P1: P2 = V1: V2,

ที่ไหน Р1 - ความดันก๊าซที่ปริมาตร V1; Р2 - แรงดันแก๊สที่ปริมาตร V2

จากนี้เป็นไปตามที่:

P1 * V1 \u003d P2 * V2 หรือ P * V \u003d const (ที่ t \u003d const)

สมมติฐานนี้มีสูตรดังต่อไปนี้: ผลคูณของความดันของมวลของก๊าซและปริมาตรที่กำหนดจะคงที่หากอุณหภูมิไม่เปลี่ยนแปลง (กล่าวคือ ในระหว่างกระบวนการอุณหภูมิคงที่)

ตัวอย่างเช่น หากเราใช้ก๊าซ 8 ลิตรภายใต้ความดัน P = 0.5 kgf / cm2 และเปลี่ยนความดันที่อุณหภูมิคงที่ จะได้ข้อมูลต่อไปนี้: ที่ 1 kgf / cm2 ก๊าซจะมีปริมาตร 4 ลิตร ที่ 2 กก. / ซม. 2 - 2 ลิตร ที่ 4 กก. / ซม. 2 - 1 ลิตร ที่ 8 กก. / ซม. 2 - 0.5 ลิตร

ดังนั้นที่อุณหภูมิคงที่ ความดันที่เพิ่มขึ้นจะทำให้ปริมาตรของก๊าซลดลง และการลดลงของปริมาตรของก๊าซจะทำให้ความดันเพิ่มขึ้น

ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรของก๊าซและความดันที่อุณหภูมิคงที่ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการคำนวณต่างๆ ในการฝึกดำน้ำ

กฎของเกย์-ลูสแซกและชาร์ลส์

กฎของเกย์-ลูสแซกแสดงออกถึงการพึ่งพาปริมาตรและความดันของแก๊สต่ออุณหภูมิ: ที่ความดันคงที่ ปริมาตรของมวลของแก๊สที่กำหนดจะแปรผันโดยตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ของมัน:

โดยที่ T1 และ T2 คืออุณหภูมิในหน่วยเคลวิน (K) ซึ่งเท่ากับอุณหภูมิใน °C + 273.15 เหล่านั้น. 0°ซ? 273 เค; 100 ° C - -373 K และ 0oK \u003d -273.15 ° C

ดังนั้น อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะทำให้ปริมาตรเพิ่มขึ้น หรืออีกนัยหนึ่งคือ การเปลี่ยนแปลงปริมาตรของมวลของก๊าซ V ที่กำหนดเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ t ของก๊าซที่ความดันคงที่ (กล่าวคือ ใน กระบวนการไอโซบาริก) ตำแหน่งนี้แสดงโดยสูตร:

โดยที่ V1 คือปริมาตรของก๊าซที่อุณหภูมิที่กำหนด V0 - ปริมาตรเริ่มต้นของก๊าซที่ 0°С; b - ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของปริมาตรของก๊าซ

เมื่อก๊าซต่างๆได้รับความร้อน หมายเลขเดียวกันองศา การเพิ่มปริมาตรสัมพัทธ์จะเท่ากันสำหรับก๊าซทั้งหมด ค่าสัมประสิทธิ์ b เป็นค่าคงที่สำหรับก๊าซทั้งหมด ค่าของปริมาตรที่เพิ่มขึ้น เท่ากับ 1/273 หรือ 0.00367 °C-1 ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของปริมาตรของก๊าซนี้แสดงโดยส่วนใดของปริมาตรที่ครอบครองที่ 0 ° C ปริมาตรของแก๊สจะเพิ่มขึ้นหากได้รับความร้อน 1 ° C ที่ความดันคงที่

ความสัมพันธ์ระหว่างความดันและอุณหภูมิเป็นไปตามรูปแบบเดียวกัน กล่าวคือ การเปลี่ยนแปลงความดันของมวลก๊าซที่กำหนดเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิที่ปริมาตรคงที่ (เช่น ในกระบวนการไอโซคอริก: จากคำภาษากรีก "ไอโซส" - เท่ากับ และ "horema" - ความจุ) ซึ่งแสดงโดยสูตร:

Рt = Р0 (1 + bt)

โดยที่ Pt คือความดันของก๊าซที่อุณหภูมิที่กำหนด P0 -- ความดันก๊าซเริ่มต้นที่ 0°C; b - ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของปริมาตรของก๊าซ

ความสัมพันธ์นี้ก่อตั้งขึ้นโดย J. Charles เมื่อ 25 ปีก่อนการตีพิมพ์ของ J. L. Gay-Lussac และมักเรียกว่ากฎของ Charles การพึ่งพาอาศัยกันของปริมาตรต่ออุณหภูมิที่ความดันคงที่ยังถูกกำหนดขึ้นเป็นครั้งแรกโดยชาร์ลส์

เมื่ออุณหภูมิของแก๊สลดลง ความดันของแก๊สจะลดลง และที่อุณหภูมิ -273.15 °C ความดันของแก๊สใดๆ จะเป็นศูนย์ อุณหภูมินี้เรียกว่าอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ ในกรณีนี้ การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนที่วุ่นวายของโมเลกุลจะหยุดลงและปริมาณของพลังงานความร้อนจะเท่ากับศูนย์ การพึ่งพาข้างต้นซึ่งแสดงกฎของ Charles และ Gay-Lussac ทำให้สามารถแก้ปัญหาเชิงปฏิบัติที่สำคัญในการเตรียมการและการวางแผนการดำน้ำใต้น้ำ เช่น การกำหนดความดันอากาศในกระบอกสูบที่มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ การเปลี่ยนแปลงของปริมาณสำรองอากาศที่สอดคล้องกัน และเวลาที่ใช้ไป ที่ความลึกที่กำหนด ฯลฯ . ป.

สมการของรัฐ ก๊าซในอุดมคติ

หากความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตร ความดัน และอุณหภูมิเชื่อมโยงเข้าด้วยกันและแสดงในสมการเดียว จะได้สมการสถานะของก๊าซในอุดมคติ ซึ่งรวมกฎของ Boyle - Mariotte และ Gay-Lussac เข้าด้วยกัน สมการนี้ได้รับครั้งแรกโดย B.P. Klaiperon โดยการแปลงสมการที่เสนอโดยบรรพบุรุษของเขา สมการของ Claiperon คือผลคูณของความดันของแก๊สของมวลและปริมาตรที่กำหนด หารด้วยอุณหภูมิสัมบูรณ์ จะเป็นค่าคงที่ โดยไม่ขึ้นกับสถานะที่แก๊สนั้นตั้งอยู่ วิธีหนึ่งในการเขียนสมการนี้คือ:

ในกรณีนี้ ค่าคงที่ของแก๊ส r จะขึ้นอยู่กับลักษณะของแก๊ส ถ้ามวลของแก๊สเป็นโมล (กรัม-โมเลกุล) ค่าคงที่ของแก๊ส R จะเป็นสากลและไม่ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของแก๊ส สำหรับแก๊สที่มีมวลเท่ากับ 1 โมล จะได้สมการดังนี้

ค่าที่แน่นอนของ R คือ 8.314510 J mol -1 K-1

หากเราไม่ใช้ 1 โมล แต่มีก๊าซจำนวนเท่าใดก็ได้ที่มีมวล m สถานะของก๊าซในอุดมคติสามารถแสดงได้ด้วยสมการ Mendeleev-Claiperon ซึ่งสะดวกสำหรับการคำนวณในรูปแบบที่ D.I. Mendeleev เขียนขึ้นเป็นครั้งแรก ในปี พ.ศ. 2417:

โดยที่ m คือมวลของแก๊ส g; เอ็ม - มวลโมลาร์.

สมการของก๊าซในอุดมคติสามารถใช้ในการคำนวณในการฝึกดำน้ำได้

ตัวอย่าง. กำหนดปริมาตรที่ครอบครองโดยไฮโดรเจน 2.3 กก. ที่อุณหภูมิ + 10 ° C และความดัน 125 กก. / ตร.ซม.

โดยที่ 2300 คือมวลของก๊าซ g; 0.082 - ค่าคงที่ของก๊าซ 283 - อุณหภูมิ T (273+10); 2 - มวลโมลาร์ของไฮโดรเจน M ตามสมการที่ว่าความดันที่กระทำโดยก๊าซบนผนังของเรือเท่ากับ:

ความดันนี้จะหายไปที่ m > 0 (เมื่อแก๊สเกือบหมด) หรือที่ V> ? (เมื่อแก๊สขยายตัวออกไปเรื่อยๆ) หรือที่ T > 0 (เมื่อโมเลกุลของแก๊สไม่เคลื่อนที่)

สมการแวนเดอร์วาลส์

แม้แต่ M. V. Lomonosov ก็ชี้ให้เห็นว่ากฎ Boyle-Mariotte ไม่สามารถเป็นจริงได้ภายใต้แรงกดดันที่สูงมาก เมื่อระยะห่างระหว่างโมเลกุลเทียบได้กับขนาดของมันเอง ต่อจากนั้น ได้รับการยืนยันอย่างสมบูรณ์ว่าการเบี่ยงเบนจากพฤติกรรมของก๊าซในอุดมคติจะมีนัยสำคัญที่มาก แรงกดดันสูงและอุณหภูมิต่ำมาก ในกรณีนี้ สมการของแก๊สในอุดมคติจะให้ผลลัพธ์ที่ไม่ถูกต้องโดยไม่คำนึงถึงแรงอันตรกิริยาของโมเลกุลของแก๊สและปริมาตรที่พวกมันครอบครอง ดังนั้นในปี 1873 Jan Diederik van der Waals จึงเสนอการแก้ไขสมการนี้สองครั้ง: สำหรับความดันและสำหรับปริมาตร

กฎของอาโวกาโดร

Avogadro ตั้งสมมติฐานตามที่ภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันเดียวกัน ก๊าซในอุดมคติทั้งหมด โดยไม่คำนึงถึงลักษณะทางเคมีของพวกมัน จะมีจำนวนโมเลกุลเท่ากันต่อหน่วยปริมาตร มวลของก๊าซที่มีปริมาตรเท่ากันจะแปรผันตามน้ำหนักโมเลกุล

ตามกฎของ Avogadro การรู้ปริมาตรของก๊าซที่ศึกษา เราสามารถกำหนดมวลของพวกมันได้ และในทางกลับกัน หาปริมาตรของมันจากมวลของก๊าซ

กฎไดนามิกของแก๊ส

กฎของดาลตัน ความดันของส่วนผสมของแก๊สจะเท่ากับผลรวมของความดันบางส่วน (บางส่วน) ของแก๊สแต่ละชนิดที่ประกอบกันเป็นแก๊สผสม นั่นคือ ความดันเหล่านั้นที่แก๊สแต่ละชนิดจะผลิตแยกกันหากถูกถ่ายที่อุณหภูมิเดียวกันในปริมาตร ของส่วนผสม

ความดันก๊าซบางส่วน Pr เป็นสัดส่วนกับเปอร์เซ็นต์ C ของก๊าซที่กำหนดและ Rabs ความดันสัมบูรณ์ของส่วนผสมของก๊าซ และถูกกำหนดโดยสูตร:

Pr \u003d Pa6s C / 100,

โดยที่ Pr คือความดันบางส่วนของก๊าซในส่วนผสม kg/cm2; C คือปริมาตรของก๊าซในส่วนผสม %

กฎนี้สามารถแสดงได้โดยการเปรียบเทียบส่วนผสมของก๊าซในปริมาตรปิดกับชุดของน้ำหนักที่มีน้ำหนักต่างกันที่วางอยู่บนเครื่องชั่ง เห็นได้ชัดว่าตุ้มน้ำหนักแต่ละอันจะออกแรงกดบนตาชั่งโดยไม่คำนึงว่าจะมีตุ้มน้ำหนักอื่นอยู่หรือไม่

หน้า 5

อุณหภูมิสัมบูรณ์

เป็นเรื่องง่ายที่จะเห็นว่าความดันของก๊าซที่บรรจุอยู่ในปริมาตรคงที่นั้นไม่แปรผันโดยตรงกับอุณหภูมิที่วัดได้ในระดับเซลเซียส ชัดเจน เช่น จากตารางที่ให้ไว้ในบทที่แล้ว ถ้าที่อุณหภูมิ 100°C ความดันแก๊สเท่ากับ 1.37 กก./ตร.ซม. ดังนั้นที่ 200°C ความดันก๊าซจะเท่ากับ 1.73 กก./ตร.ซม.2 อุณหภูมิที่วัดได้โดยเครื่องวัดอุณหภูมิเซลเซียสเพิ่มขึ้นสองเท่า ในขณะที่ความดันก๊าซเพิ่มขึ้นเพียง 1.26 เท่า แน่นอนว่าไม่มีอะไรน่าประหลาดใจในเรื่องนี้เนื่องจากมาตราส่วนเทอร์โมมิเตอร์แบบเซลเซียสถูกตั้งค่าตามเงื่อนไขโดยไม่มีการเชื่อมต่อกับกฎของการขยายตัวของก๊าซ อย่างไรก็ตาม เป็นไปได้ว่าการใช้กฎของก๊าซในการกำหนดมาตราส่วนอุณหภูมิที่ความดันของก๊าซจะแปรผันโดยตรงกับอุณหภูมิที่วัดได้จากมาตราส่วนใหม่นี้ ศูนย์ในระดับใหม่นี้เรียกว่าศูนย์สัมบูรณ์ ชื่อนี้ถูกนำมาใช้เพราะตามที่นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษเคลวิน (วิลเลียมทอมสัน) (1824-1907) ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าไม่มีร่างกายใดที่สามารถระบายความร้อนได้ต่ำกว่าอุณหภูมินี้

ตามนี้มาตราส่วนใหม่นี้เรียกอีกอย่างว่ามาตราส่วนอุณหภูมิสัมบูรณ์ ดังนั้น ศูนย์สัมบูรณ์บ่งชี้อุณหภูมิเท่ากับ -273° เซลเซียส และเป็นอุณหภูมิที่ต่ำกว่าซึ่งไม่สามารถทำให้ร่างกายเย็นลงได้ไม่ว่าในกรณีใดๆ อุณหภูมิที่แสดงเป็น 273°+t1 คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ของร่างกายที่มีอุณหภูมิเซลเซียสเท่ากับ t1 โดยปกติแล้ว อุณหภูมิสัมบูรณ์จะแสดงด้วยตัวอักษร T ดังนั้น 2730+t1=T1 มาตราส่วนอุณหภูมิสัมบูรณ์มักเรียกว่ามาตราส่วนเคลวิน และเขียนเป็น T ° K ตามที่กล่าวมา

ผลลัพธ์ที่ได้สามารถแสดงเป็นคำพูดได้: ความดันของมวลก๊าซที่กำหนดในปริมาตรคงที่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ นี่เป็นสำนวนใหม่ของกฎของชาร์ลส์

สูตร (6) ยังใช้งานได้สะดวกเมื่อไม่ทราบความดันที่ 0°C

ปริมาณก๊าซและ อุณหภูมิสัมบูรณ์

จากสูตร (6) สามารถรับสูตรต่อไปนี้:

ปริมาตรของมวลของก๊าซจำนวนหนึ่งที่ความดันคงที่จะแปรผันโดยตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ นี่คือการแสดงออกใหม่ของกฎของเกย์-ลูสแซก

ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของก๊าซกับอุณหภูมิ

จะเกิดอะไรขึ้นกับความหนาแน่นของมวลก๊าซจำนวนหนึ่งหากอุณหภูมิสูงขึ้นและความดันไม่เปลี่ยนแปลง

จำไว้ว่าความหนาแน่นเท่ากับมวลของร่างกายหารด้วยปริมาตร เนื่องจากมวลของแก๊สคงที่ เมื่อได้รับความร้อน ความหนาแน่นของแก๊สจะลดลงหลายเท่าเมื่อปริมาตรเพิ่มขึ้น

ดังที่เราทราบ ปริมาตรของก๊าซจะแปรผันโดยตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์หากความดันคงที่ ดังนั้น ความหนาแน่นของก๊าซที่ความดันคงที่จะแปรผกผันกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ ถ้า d1 และ d2 เป็นความหนาแน่นของก๊าซที่อุณหภูมิ t1 และ t2 ความสัมพันธ์ก็จะคงอยู่

กฎหมายรวมของสถานะก๊าซ

เราพิจารณากรณีที่หนึ่งในสามของปริมาณที่แสดงลักษณะสถานะของก๊าซ (ความดัน อุณหภูมิ และปริมาตร) ไม่เปลี่ยนแปลง เราได้เห็นแล้วว่าหากอุณหภูมิคงที่ ความดันและปริมาตรจะสัมพันธ์กันตามกฎของ Boyle-Mariotte ถ้าปริมาตรคงที่ ความดันและอุณหภูมิจะสัมพันธ์กันตามกฎของชาร์ลส์ ถ้าความดันคงที่ ปริมาตรและอุณหภูมิจะสัมพันธ์กันตามกฎของเกย์-ลูสแซก ให้เราสร้างความสัมพันธ์ระหว่างความดัน ปริมาตร และอุณหภูมิของมวลหนึ่งของแก๊ส ถ้าปริมาณทั้งสามนี้เปลี่ยนไป

ให้ปริมาตรเริ่มต้น ความดัน และอุณหภูมิสัมบูรณ์ของมวลก๊าซจำนวนหนึ่งเท่ากับ V1, P1 และ T1 อันสุดท้ายคือ V2, P2 และ T2 เราสามารถจินตนาการได้ว่าการเปลี่ยนจากสถานะเริ่มต้นเป็นสถานะสุดท้ายเกิดขึ้นในสอง ขั้นตอน ตัวอย่างเช่น ปริมาตรของก๊าซเปลี่ยนจาก V1 เป็น V2 ก่อน และอุณหภูมิ T1 ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ความดันแก๊สที่ได้จะแสดงด้วย Pav จากนั้นอุณหภูมิเปลี่ยนจาก T1 เป็น T2 ที่ปริมาตรคงที่ และความดันเปลี่ยนจาก Pav ถึง P. มาทำตารางกันเถอะ:

กฎของบอยล์ - Mariotte

กฎของชาร์ลส์

การเปลี่ยนแปลง โดยการเปลี่ยนแปลงครั้งแรก เราเขียนกฎหมาย Boyle-Mariotte

การใช้กฎของชาร์ลส์กับการเปลี่ยนผ่านครั้งที่สอง เราสามารถเขียนได้

คูณความเท่าเทียมกันเหล่านี้เป็นระยะและลดด้วย Pcp เราได้รับ:

ดังนั้น ผลคูณของปริมาตรของมวล แก๊ส และความดันของแก๊สนั้นแปรผันตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ของแก๊ส นี่คือกฎรวมของสถานะก๊าซหรือสมการสถานะของก๊าซ

กฎ ดาลตัน

จนถึงตอนนี้ เราได้พูดถึงความดันของก๊าซเดี่ยว - ออกซิเจน ไฮโดรเจน ฯลฯ แต่โดยธรรมชาติและเทคโนโลยี เรามักจะจัดการกับส่วนผสมของก๊าซหลายชนิด ตัวอย่างที่สำคัญที่สุดคือ อากาศซึ่งเป็นส่วนผสมของไนโตรเจน ออกซิเจน อาร์กอน คาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซอื่นๆ ความดันของส่วนผสมของก๊าซขึ้นอยู่กับอะไร?

ให้เราวางชิ้นส่วนของสารที่จับออกซิเจนจากอากาศในขวด (เช่น ฟอสฟอรัส) และปิดขวดอย่างรวดเร็วด้วยก๊อกที่มีท่อ เชื่อมต่อกับมาโนมิเตอร์แบบปรอท หลังจากนั้นสักครู่ ออกซิเจนทั้งหมดในอากาศจะรวมกับฟอสฟอรัส เราจะเห็นว่าเกจวัดความดันจะแสดงค่าความดันต่ำกว่าก่อนกำจัดออกซิเจน ซึ่งหมายความว่าการมีออกซิเจนในอากาศจะเพิ่มความดัน

การศึกษาที่ถูกต้องเกี่ยวกับความดันของแก๊สผสมเกิดขึ้นครั้งแรกโดยนักเคมีชาวอังกฤษ จอห์น ดาลตัน (1766-1844) ในปี พ.ศ. 2352 ความดันที่แก๊สแต่ละชนิดที่ประกอบเป็นส่วนผสมจะมีขึ้นหากแก๊สที่เหลือถูกกำจัดออกจาก ปริมาตรที่ส่วนผสมถูกครอบครองเรียกว่าความดันบางส่วนของก๊าซนี้ ดาลตันพบว่าความดันของส่วนผสมของก๊าซมีค่าเท่ากับผลรวมของความดันบางส่วน (กฎของดาลตัน).โปรดทราบว่ากฎของ Dalton ใช้ไม่ได้กับก๊าซที่มีการบีบอัดสูง เช่นเดียวกับกฎของ Boyle-Mariotte

คุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของน้ำมันและพารามิเตอร์ต่างๆ ที่แสดงลักษณะเฉพาะ: ความหนาแน่น ความหนืด ความสามารถในการบีบอัด อัตราส่วนปริมาตร. ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน

คุณสมบัติทางกายภาพน้ำมันกักเก็บมีความแตกต่างอย่างมากจากคุณสมบัติของน้ำมันที่ขจัดก๊าซบนพื้นผิว ซึ่งเป็นผลมาจากอิทธิพลของอุณหภูมิ ความดัน และก๊าซที่ละลายอยู่ การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพของน้ำมันสำรองที่เกี่ยวข้องกับสภาวะทางอุณหพลศาสตร์ของการมีอยู่ของน้ำมันในแหล่งกักเก็บจะนำมาพิจารณาเมื่อคำนวณปริมาณน้ำมันสำรองและ ก๊าซปิโตรเลียมในการออกแบบ พัฒนา และดำเนินการแหล่งน้ำมัน

ความหนาแน่นน้ำมันที่ไล่ก๊าซออกจะแตกต่างกันไปในช่วงกว้าง - ตั้งแต่ 600 ถึง 1,000 กก./ม. 3 ขึ้นไป และส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของไฮโดรคาร์บอนและปริมาณของสารที่เป็นยางแอสฟัลต์

ความหนาแน่นของน้ำมันในสภาวะกักเก็บขึ้นอยู่กับปริมาณของก๊าซที่ละลาย อุณหภูมิ และความดัน เมื่อความดันเพิ่มขึ้นความหนาแน่นจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยและเมื่อปัจจัยอีกสองอย่างเพิ่มขึ้นก็จะลดลง อิทธิพลของปัจจัยหลังเด่นชัดกว่า ความหนาแน่นของน้ำมันที่อิ่มตัวด้วยไนโตรเจนหรือคาร์บอนไดออกไซด์จะเพิ่มขึ้นบ้างตามความดันที่เพิ่มขึ้น

ผลของปริมาณก๊าซที่ละลายและอุณหภูมิจะแรงกว่า ดังนั้น ความหนาแน่นของก๊าซจึงน้อยกว่าความหนาแน่นของน้ำมันที่ไล่ก๊าซบนพื้นผิวเสมอ เมื่อแรงดันเพิ่มขึ้นความหนาแน่นของน้ำมันจะลดลงอย่างมากซึ่งสัมพันธ์กับความอิ่มตัวของน้ำมันกับก๊าซ การเพิ่มขึ้นของความดันเหนือความดันอิ่มตัวของน้ำมันกับก๊าซทำให้ความหนาแน่นของน้ำมันเพิ่มขึ้น

ความหนาแน่นของน้ำในชั้นหิน นอกจากความดัน อุณหภูมิ และก๊าซที่ละลายแล้ว ยังได้รับอิทธิพลอย่างมากจากความเค็มของน้ำ เมื่อความเข้มข้นของเกลือในการก่อตัวของน้ำเท่ากับ 643 กก./ลบ.ม. ความหนาแน่นของเกลือจะถึง 1,450 กก./ม.3 .

อัตราส่วนปริมาตร. เมื่อแก๊สละลายในของเหลว ปริมาตรของแก๊สจะเพิ่มขึ้น อัตราส่วนของปริมาตรของของเหลวกับก๊าซที่ละลายในสภาวะของอ่างเก็บน้ำต่อปริมาตรของของเหลวเดียวกันบนพื้นผิวหลังจากการไล่ก๊าซเรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์ปริมาตร

b=V PL / V SOV

โดยที่ V PL คือปริมาตรของน้ำมันในสภาวะกักเก็บ V POV - ปริมาตรของน้ำมันเดียวกันที่ ความกดอากาศและ t=20°C หลังจากไล่แก๊สออก

เนื่องจากสามารถละลายในน้ำมันได้มาก จำนวนมากก๊าซไฮโดรคาร์บอน (แม้แต่ 1,000 m 3 หรือมากกว่าในน้ำมัน 1 m 3) ขึ้นอยู่กับสภาวะทางอุณหพลศาสตร์ ค่าสัมประสิทธิ์ปริมาตรของน้ำมันสามารถสูงถึง 3.5 หรือมากกว่านั้น ค่าสัมประสิทธิ์ปริมาตรสำหรับการก่อตัวของน้ำคือ 0.99-1.06

การลดลงของปริมาตรน้ำมันที่นำกลับมาใช้ใหม่เมื่อเทียบกับปริมาตรของน้ำมันในอ่างเก็บน้ำซึ่งแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ เรียกว่า "การหดตัว"

คุณ=(b-1) / ข *100%

เมื่อความดันลดลงจากแหล่งกักเก็บเริ่มต้น p 0 ถึงความดันอิ่มตัว ค่าสัมประสิทธิ์ปริมาตรจะเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย เนื่องจาก น้ำมันที่มีก๊าซละลายอยู่ในนั้นจะทำงานในบริเวณนี้เหมือนของเหลวที่บีบอัดได้เล็กน้อย ขยายตัวเล็กน้อยเมื่อความดันลดลง เมื่อความดันลดลง ก๊าซจะค่อยๆ ปล่อยออกมาจากน้ำมันและปัจจัยด้านปริมาตรจะลดลง การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิน้ำมันทำให้ความสามารถในการละลายของก๊าซแย่ลง ซึ่งทำให้ค่าสัมประสิทธิ์ปริมาตรลดลง

ความหนืดความหนืดเป็นหนึ่งในคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของน้ำมัน ความหนืดของน้ำมันถูกนำมาพิจารณาในการคำนวณทางอุทกพลศาสตร์เกือบทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการยกของไหลผ่านท่อ บ่อล้าง การขนส่งผลิตภัณฑ์ในบ่อผ่านท่อในบ่อ การประมวลผลโซนการก่อตัวของหลุมลึกด้วยวิธีการต่างๆ เช่นเดียวกับในการคำนวณที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของน้ำมันใน อ่างเก็บน้ำ

ความหนืดของน้ำมันสำรองแตกต่างจากความหนืดของน้ำมันพื้นผิวมาก เนื่องจากมีก๊าซที่ละลายอยู่ในองค์ประกอบและอยู่ในสภาพ แรงกดดันที่เพิ่มขึ้นและอุณหภูมิ เมื่อปริมาณก๊าซที่ละลายและอุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความหนืดของน้ำมันจะลดลง

การเพิ่มขึ้นของความดันต่ำกว่าความดันอิ่มตัวทำให้ GOR ​​เพิ่มขึ้นและส่งผลให้ความหนืดลดลง ความดันที่เพิ่มขึ้นเหนือความดันอิ่มตัวของน้ำมันสำรองทำให้ความหนืดเพิ่มขึ้น

เมื่อน้ำหนักโมเลกุลของน้ำมันเพิ่มขึ้น ความหนืดของน้ำมันจะเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ความหนืดของน้ำมันยังได้รับอิทธิพลอย่างมากจากเนื้อหาของพาราฟินและสารแอสฟัลต์เรซินในทิศทางที่เพิ่มขึ้น

การบีบอัดน้ำมัน. น้ำมันมีความยืดหยุ่นนั่นคือความสามารถในการเปลี่ยนปริมาตรภายใต้อิทธิพลของแรงดันภายนอก ความยืดหยุ่นของของเหลววัดได้จากค่าสัมประสิทธิ์ความสามารถในการบีบอัด ซึ่งกำหนดเป็นอัตราส่วนของการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของของเหลวต่อปริมาตรเดิมที่มีการเปลี่ยนแปลงของความดัน:

β P =ΔV/(VΔP) ที่ไหน

ΔV คือการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของน้ำมัน V คือปริมาตรเริ่มต้นของน้ำมัน ΔP - การเปลี่ยนแปลงความดัน

ค่าสัมประสิทธิ์การอัดตัวของน้ำมันในอ่างเก็บน้ำขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ ปริมาณของก๊าซที่ละลายในนั้น อุณหภูมิ และความดันสัมบูรณ์

น้ำมันที่ไล่ก๊าซออกมีค่าสัมประสิทธิ์การอัดตัวค่อนข้างต่ำ โดยอยู่ในลำดับที่ (4-7) * 10 -10 1/Pa และน้ำมันเบาที่มีก๊าซที่ละลายอยู่ในองค์ประกอบจำนวนมาก - สูงถึง 140 * 10 -10 1 / Pa . ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้น ปัจจัยความสามารถในการบีบอัดก็จะยิ่งสูงขึ้น

ความหนาแน่น.

ความหนาแน่นมักจะเข้าใจว่าเป็นมวลของสารที่บรรจุอยู่ในหน่วยปริมาตร ดังนั้นขนาดของปริมาณนี้คือ kg / m 3 หรือ g / cm 3

ρ=m/V

ความหนาแน่นของน้ำมันในสภาวะอ่างเก็บน้ำลดลงเนื่องจากก๊าซที่ละลายอยู่ในนั้นและเนื่องจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม เมื่อความดันลดลงต่ำกว่าความดันอิ่มตัว การพึ่งพาความหนาแน่นของน้ำมันจะไม่เป็นแบบโมโนโทนิก และเมื่อความดันเพิ่มขึ้นเหนือความดันอิ่มตัว น้ำมันจะหดตัวและความหนาแน่นเพิ่มขึ้นเล็กน้อย

ความหนืดของน้ำมัน

ความหนืดแสดงลักษณะของแรงเสียดทาน (ความต้านทานภายใน) ที่เกิดขึ้นระหว่างสองชั้นที่อยู่ติดกันภายในของเหลวหรือก๊าซต่อหน่วยพื้นผิวระหว่างการเคลื่อนที่ร่วมกัน

ความหนืดของน้ำมันถูกกำหนดโดยการทดลองบนเครื่องวัดความหนืด VVD-U แบบพิเศษ หลักการทำงานของเครื่องวัดความหนืดขึ้นอยู่กับการวัดเวลาที่ลูกบอลโลหะตกลงมาในของเหลวที่ตรวจสอบ

ความหนืดของน้ำมันถูกกำหนดโดยสูตร:

μ = เสื้อ (ρ w - ρ ล.) k

t – เวลาบอลตก, s

ρ w และ ρ w - ความหนาแน่นของลูกบอลและของเหลว kg / m 3

k คือค่าคงที่ของความหนืด

อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นทำให้ความหนืดของน้ำมันลดลง (รูปที่ 2. ก) การเพิ่มขึ้นของความดันต่ำกว่าความดันอิ่มตัวทำให้ GOR ​​เพิ่มขึ้นและส่งผลให้ความหนืดลดลง ความดันที่เพิ่มขึ้นเหนือความดันอิ่มตัวของน้ำมันสำรองทำให้ความหนืดเพิ่มขึ้น (รูปที่ 2. ข)

ค่าความหนืดต่ำสุดเกิดขึ้นเมื่อความดันในอ่างเก็บน้ำเท่ากับความดันอิ่มตัวของอ่างเก็บน้ำ

การบีบอัดน้ำมัน

น้ำมันมีความยืดหยุ่น คุณสมบัติความยืดหยุ่นของน้ำมันประเมินโดยปัจจัยการอัดตัวของน้ำมัน ความสามารถในการบีบอัดของน้ำมันเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นความสามารถของของเหลวในการเปลี่ยนปริมาตรภายใต้ความดัน:

β n = (1)

β n - ค่าสัมประสิทธิ์การอัดน้ำมัน MPa -1-

V n - ปริมาตรเริ่มต้นของน้ำมัน m 3

∆V – การวัดปริมาตรน้ำมันภายใต้การวัดแรงดัน ∆RP

ค่าสัมประสิทธิ์ความสามารถในการบีบอัดแสดงลักษณะการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ในหน่วยปริมาตรของน้ำมันที่มีการเปลี่ยนแปลงของความดันต่อหน่วย ขึ้นอยู่กับส่วนประกอบของน้ำมันสำรอง อุณหภูมิ และความดันสัมบูรณ์ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ค่าสัมประสิทธิ์การอัดตัวจะเพิ่มขึ้น

อัตราส่วนปริมาตร

ปัจจัยด้านปริมาตรเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นค่าที่แสดงจำนวนครั้งที่ปริมาตรของน้ำมันในสภาวะอ่างเก็บน้ำเกินกว่าปริมาตรของน้ำมันชนิดเดียวกันหลังจากปล่อยก๊าซบนพื้นผิว

ใน \u003d V pl / V องศา

c - ค่าสัมประสิทธิ์ปริมาตร

V pl และ V deg - ปริมาตรของอ่างเก็บน้ำและน้ำมันที่กำจัดก๊าซ m 3

เมื่อความดันลดลงจากอ่างเก็บน้ำเริ่มต้น p 0 ถึงความดันอิ่มตัว (ส่วน ab) ค่าสัมประสิทธิ์ปริมาตรจะเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยเนื่องจาก น้ำมันที่มีก๊าซละลายอยู่ในนั้นจะทำงานในบริเวณนี้เหมือนของเหลวที่บีบอัดได้เล็กน้อย ขยายตัวเล็กน้อยเมื่อความดันลดลง

เมื่อความดันลดลง ก๊าซจะค่อยๆ ปล่อยออกมาจากน้ำมันและปัจจัยด้านปริมาตรจะลดลง การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิน้ำมันทำให้ความสามารถในการละลายของก๊าซแย่ลง ซึ่งทำให้ค่าสัมประสิทธิ์ปริมาตรลดลง

ตามกฎแล้ว เมื่ออุณหภูมิลดลง ความหนาแน่นจะเพิ่มขึ้น แม้ว่าจะมีสสารที่มีความหนาแน่นแตกต่างกัน เช่น น้ำ บรอนซ์ และเหล็กหล่อ ดังนั้นความหนาแน่นของน้ำจึงมีค่าสูงสุดที่ 4 ° C และลดลงทั้งเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นและลดลงเมื่อเทียบกับตัวเลขนี้

เมื่อสถานะของการรวมตัวเปลี่ยนแปลง ความหนาแน่นของสารจะเปลี่ยนไปอย่างกะทันหัน: ความหนาแน่นจะเพิ่มขึ้นระหว่างการเปลี่ยนสถานะจากสถานะก๊าซเป็นสถานะของเหลว และเมื่อของเหลวแข็งตัว จริงอยู่ที่น้ำเป็นข้อยกเว้นสำหรับกฎนี้ ความหนาแน่นจะลดลงระหว่างการแข็งตัว

อัตราส่วนของ P. ของสารสองชนิดภายใต้สภาวะทางกายภาพมาตรฐานบางอย่างเรียกว่าสัมพัทธ์ P.: สำหรับสารที่เป็นของเหลวและของแข็ง มักจะถูกกำหนดโดยสัมพันธ์กับ P. ของน้ำกลั่นที่อุณหภูมิ 4°C สำหรับก๊าซซึ่งสัมพันธ์กับ P. ของอากาศแห้งหรือไฮโดรเจนภายใต้สภาวะปกติ

หน่วยของ P. ใน SI คือ กก./ม 3 , ในระบบ CGS ของหน่วย g / cm 3 ในทางปฏิบัติยังใช้หน่วยที่ไม่ใช่ระบบของ P.: กรัม/ลิตร, t/ม 3 และอื่น ๆ.

เครื่องวัดความหนาแน่น พิกโนมิเตอร์ ไฮโดรมิเตอร์ และการชั่งน้ำหนักแบบไฮโดรสแตติกใช้ในการวัด P. ของสาร (ดูมาตราส่วนโมรา) . ดร. วิธีการกำหนด P. ขึ้นอยู่กับการเชื่อมต่อของ P. กับพารามิเตอร์ของสถานะของสารหรือขึ้นอยู่กับกระบวนการที่เกิดขึ้นในสารบน P ดังนั้นความหนาแน่นก๊าซในอุดมคติ สามารถคำนวณได้จากสมการของรัฐ r= pm/RT ที่ไหน p - แรงดันแก๊ส m - มันมวลโมเลกุล (มวลโมลาร์), R -ค่าคงที่ของแก๊ส , T - อุณหภูมิสัมบูรณ์หรือกำหนดโดยความเร็วของการแพร่กระจายของอัลตราซาวนด์ (ในที่นี้ b คืออะเดียแบติกการบีบอัด แก๊ส).

ช่วงของค่า P. ของร่างกายธรรมชาติและสภาพแวดล้อมนั้นกว้างเป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่น ความหนาแน่นของตัวกลางระหว่างดวงดาวไม่เกิน 10 -21 กก./ม 3 , P. เฉลี่ยของดวงอาทิตย์คือ 1410 กก./ม 3 , ที่ดิน - 5520 กก./ม 3 , P. โลหะที่ใหญ่ที่สุด - 22,500 กก./ม 3 (ออสเมียม), P. สารของนิวเคลียสของอะตอม - 10 17 กก./ม 3 , ในที่สุดดาวนิวตรอนก็ดูเหมือนจะสูงถึง 10 20 กก./ม 3 .

ระดับความดัน- เป็นอุปกรณ์วัดเชิงกลที่มีโครงสร้างเป็นหน้าปัดเหล็กหรือพลาสติกโดยมีสปริงอยู่ในรูปของท่อ ซึ่งออกแบบมาเพื่อวัดความดันของสารที่เป็นของเหลวและก๊าซ

ในเกจวัดความดันเชิงกล ความดันที่วัดได้ด้วยความช่วยเหลือขององค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนจะถูกแปลงเป็นการเคลื่อนไหวเชิงกล ทำให้เกิดการเบี่ยงเบนเชิงกลของลูกศรหรือส่วนอื่น ๆ ของกลไกอ้างอิง การบันทึกผลการวัด ตลอดจนอุปกรณ์ส่งสัญญาณและอุปกรณ์ควบคุมแรงดันใน ระบบของวัตถุที่ถูกควบคุม สปริงท่อฮาร์มอนิก (เบลโลว์) และเมมเบรนแบนและกลไกการวัดอื่น ๆ ใช้เป็นองค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนของเกจวัดแรงดันเชิงกลซึ่งทำให้เกิดการเสียรูปแบบยืดหยุ่นหรือความยืดหยุ่นของสปริงพิเศษภายใต้แรงกด

ตามความแม่นยำ มาตรวัดความดันเชิงกลทั้งหมดแบ่งออกเป็น: ทางเทคนิค การควบคุม และแบบอย่าง มาตรวัดความดันทางเทคนิคมีระดับความแม่นยำ 1.5; 2.5; 4; ควบคุม 0.5; 1.0; แบบอย่าง 0.16; 0.45

สปริงท่อมาโนเมตริกเป็นท่อกลวงของวงรีหรือส่วนอื่นๆ โค้งงอตามส่วนโค้งของวงกลม ตามแนวเกลียวหรือเกลียว และมีหนึ่งรอบหรือมากกว่านั้น การออกแบบทั่วไปซึ่งใช้บ่อยที่สุดในทางปฏิบัตินั้นใช้สปริงขดเดี่ยว ไดอะแกรมหลักและโครงสร้างของเกจวัดแรงดันที่มีท่อสปริงขดเดี่ยวแสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2 มาตรวัดความดันเชิงกลและคุณลักษณะของมัน

จุดสิ้นสุดของสปริง manometric 5 ถูกบัดกรีเข้ากับข้อต่อ 1 ส่วนปลาย K ที่บัดกรีที่สองนั้นเชื่อมต่อแบบหมุนด้วยแกน 3 กับคันเกียร์ของภาคเกียร์ 4 ฟันของภาคนั้นมีส่วนร่วมกับล้อเฟืองขับเคลื่อน 6 ซึ่ง ติดตั้งอยู่บนแกน 7 ของลูกศร 9 เพื่อกำจัดความผันผวนของลูกศรเนื่องจากช่องว่างระหว่างฟันเฟืองให้ใช้สปริงเกลียว 2 ปลายซึ่งเชื่อมต่อกับร่างกายและแกน 7 ใต้ลูกศรคือตัวยึด มาตราส่วน.

ภายใต้อิทธิพลของความแตกต่างของแรงดันภายในและภายนอก สปริงท่อจะเปลี่ยนรูปร่างของส่วน ซึ่งเป็นผลมาจากการที่ปลาย K ที่ปิดสนิทเคลื่อนที่ตามสัดส่วนของความแตกต่างของแรงดันที่มีอยู่

แผนภาพโครงสร้างของมาตรวัดความดันเชิงกล (รูปที่ 2b) ประกอบด้วยลิงค์เชิงเส้นสามลิงค์ I, II, III ซึ่งเป็นลักษณะคงที่ซึ่งแสดงด้วยกราฟ และตำแหน่งการกระจัดของปลายอิสระของสปริงท่อคือ มุมศูนย์กลางเริ่มต้นของสปริงท่อ เนื่องจากความเป็นเส้นตรงของข้อต่อทั้งหมด ลักษณะคงที่โดยรวมของมาตรวัดความดันจึงเป็นเส้นตรงและสเกลสม่ำเสมอ ค่าอินพุตของลิงค์ I คือแรงดันที่วัดได้ และค่าเอาต์พุตคือค่าการกระจัดของปลายอิสระ (บัดกรี) ของสปริงมาโนเมตริก5 ลิงค์ 3 กับคันเกียร์ของภาคเกียร์ 4 สร้างลิงค์ที่สอง ค่าอินพุตของลิงค์ II คือ และค่าเอาต์พุตคือค่าเบี่ยงเบนเชิงมุมของปลายสปริงแมนอเมตริก ค่าอินพุตของลิงค์ III (ลิงค์ III เป็นภาคเฟืองที่มีส่วนร่วมกับล้อเฟืองขับเคลื่อน 6) คือค่าเบี่ยงเบนเชิงมุม และค่าเอาต์พุตคือค่าเบี่ยงเบนเชิงมุมของลูกศร 9 จากเครื่องหมายศูนย์ของสเกล 8

เกจวัดแรงดันเชิงกลใช้สำหรับวัดในพื้นที่สุญญากาศต่ำ ในสเตรนเกจ องค์ประกอบยืดหยุ่นที่เกี่ยวข้องกับตัวบ่งชี้จะลดลงภายใต้อิทธิพลของความแตกต่างระหว่างความดันที่วัดได้และความดันอ้างอิง (บรรยากาศหรือสุญญากาศสูง) ในเกจวัดแรงดันแบบเบลโลว์อุตสาหกรรมของซีรีส์ BC-7 แรงดันที่วัดได้ทำให้เบลโลว์เคลื่อนที่ ซึ่งจะถูกส่งไปยังเครื่องบันทึก อุปกรณ์เหล่านี้มีมาตราส่วนเชิงเส้นสูงถึง 760 torr และความแม่นยำ 1.6%

พันธุ์ สมการเชิงอนุพันธ์(1.2, 1.4) มีพารามิเตอร์ที่แสดงลักษณะของของเหลวหรือก๊าซ: ความหนาแน่น ร ความหนืด ม เช่นเดียวกับพารามิเตอร์ของตัวกลางที่มีรูพรุน - ค่าสัมประสิทธิ์ความพรุน ม และการซึมผ่าน เค . สำหรับการคำนวณเพิ่มเติม จำเป็นต้องทราบการพึ่งพาของค่าสัมประสิทธิ์ความดันเหล่านี้

ลดความหนาแน่นของของเหลว. ด้วยการกรองของเหลวที่หยดอย่างสม่ำเสมอ ความหนาแน่นของของเหลวจึงถือได้ว่าไม่ขึ้นกับความดัน กล่าวคือ ของเหลวอาจถูกพิจารณาว่าไม่สามารถบีบอัดได้: r = คงที่ .

ในกระบวนการชั่วคราวจำเป็นต้องคำนึงถึงความสามารถในการบีบอัดของของเหลวซึ่งมีลักษณะเฉพาะ อัตราส่วนการอัดปริมาตรของของเหลว ข . ค่าสัมประสิทธิ์นี้มักจะถือว่าคงที่:

การรวมความเท่าเทียมกันครั้งสุดท้ายจากค่าความดันเริ่มต้น หน้า 0 และความหนาแน่น r0 สำหรับค่าปัจจุบัน เราได้รับ:

ในเวลาเดียวกันเราได้รับ การพึ่งพาเชิงเส้นความหนาแน่นของแรงดัน

ความหนาแน่นของก๊าซ. ของเหลวที่บีบอัดได้ (ก๊าซ) ที่มีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของความดันและอุณหภูมิสามารถระบุได้ด้วยอัตราส่วนการอัดเชิงปริมาตรและ การขยายตัวทางความร้อน. แต่ที่ การเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ความดันและอุณหภูมิ ค่าสัมประสิทธิ์เหล่านี้แปรผันตามช่วงกว้าง ดังนั้นการพึ่งพาความหนาแน่นของก๊าซในอุดมคติต่อความดันและอุณหภูมิจึงขึ้นอยู่กับ สมการสถานะของไคลเปรอง–เมนเดเลเยฟ:

ที่ไหน R' = R/M มคือค่าคงที่ของแก๊สซึ่งขึ้นอยู่กับส่วนประกอบของแก๊ส

ค่าคงที่ของก๊าซสำหรับอากาศและมีเทน ตามลำดับ เท่ากับ R΄ ของอากาศ = 287 J/kg K˚; R΄ มีเทน = 520 J/kg K˚

สมการสุดท้ายบางครั้งเขียนเป็น:

(1.50)

ดังจะเห็นได้จากสมการสุดท้ายว่าความหนาแน่นของแก๊สขึ้นอยู่กับความดันและอุณหภูมิ ดังนั้นหากทราบความหนาแน่นของแก๊ส ก็จำเป็นต้องระบุความดัน อุณหภูมิ และส่วนประกอบของแก๊ส ซึ่งไม่สะดวก . ดังนั้นแนวคิดของสภาพร่างกายปกติและมาตรฐานจึงถูกนำมาใช้

สภาวะปกติสอดคล้องกับอุณหภูมิ t = 0°C และความดัน p ที่ = 0.1013°MPa ความหนาแน่นของอากาศที่ สภาวะปกติเท่ากับ ρ v.n.us \u003d 1.29 kg / m 3

เงื่อนไขมาตรฐานสอดคล้องกับอุณหภูมิ t = 20°C และความดัน p ที่ = 0.1013°MPa ความหนาแน่นของอากาศภายใต้สภาวะมาตรฐานคือ ρ w.st.us = 1.22 kg / m 3

ดังนั้นจากความหนาแน่นที่ทราบภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด จึงเป็นไปได้ที่จะคำนวณความหนาแน่นของก๊าซที่ค่าความดันและอุณหภูมิอื่นๆ:

หากไม่รวมอุณหภูมิของอ่างเก็บน้ำ เราได้สมการสถานะของก๊าซในอุดมคติ ซึ่งเราจะใช้ในอนาคต:

ที่ไหน ซี - ค่าสัมประสิทธิ์กำหนดระดับความเบี่ยงเบนของสถานะของก๊าซจริงจากกฎของก๊าซในอุดมคติ (ค่าสัมประสิทธิ์การอัดตัวยิ่งยวด) และขึ้นอยู่กับความดันและอุณหภูมิของก๊าซที่กำหนด z = z(หน้า, T) . ค่าสัมประสิทธิ์ของการบีบอัดยิ่งยวด ซี ถูกกำหนดโดยกราฟของ D. Brown

ความหนืดของน้ำมัน. การทดลองแสดงให้เห็นว่าค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดของน้ำมัน (ที่ความดันสูงกว่าความดันอิ่มตัว) และก๊าซจะเพิ่มขึ้นตามความดันที่เพิ่มขึ้น ด้วยการเปลี่ยนแปลงความดันอย่างมีนัยสำคัญ (สูงถึง 100 MPa) การพึ่งพาความหนืดของน้ำมันในอ่างเก็บน้ำและก๊าซธรรมชาติต่อความดันสามารถทำได้แบบทวีคูณ:

(1.56)

สำหรับการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของความดัน การพึ่งพานี้จะเป็นแบบเส้นตรง

ที่นี่ ม.0 - ความหนืดที่ความดันคงที่ หน้า0 ; บีเอ็ม - ค่าสัมประสิทธิ์ถูกกำหนดโดยการทดลองและขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของน้ำมันหรือก๊าซ

ความพรุนของการก่อตัว. หากต้องการทราบว่าค่าสัมประสิทธิ์ความพรุนขึ้นอยู่กับความดันอย่างไร ให้พิจารณาคำถามของความเค้นที่กระทำในตัวกลางที่มีรูพรุนซึ่งเต็มไปด้วยของเหลว เมื่อความดันในของเหลวลดลง แรงบนโครงกระดูกของตัวกลางที่มีรูพรุนจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นความพรุนจึงลดลง

เนื่องจากการเสียรูปเล็กน้อยของเฟสของแข็ง มักจะถือว่าการเปลี่ยนแปลงของความพรุนนั้นขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของความดันในเชิงเส้นตรง กฎการอัดตัวของหินเขียนไว้ดังนี้ แนะนำ การก่อตัว ปริมาตร ค่าสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่น ข ค:

ที่ไหน ม.0 – ค่าสัมประสิทธิ์ความพรุนที่ความดัน หน้า0 .

การทดลองในห้องปฏิบัติการสำหรับหินเม็ดต่างๆ และการศึกษาภาคสนามแสดงให้เห็นว่าค่าสัมประสิทธิ์ของความยืดหยุ่นเชิงปริมาตรของชั้นหินคือ (0.3 - 2) 10 -10 Pa -1 .

เมื่อความดันเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ สมการจะอธิบายการเปลี่ยนแปลงของความพรุนดังนี้

และสำหรับขนาดใหญ่ - เลขชี้กำลัง:

(1.61)

ในอ่างเก็บน้ำที่แตกหัก ความสามารถในการซึมผ่านจะเปลี่ยนแปลงอย่างเข้มข้นขึ้นอยู่กับความดันมากกว่าในอ่างเก็บน้ำที่มีรูพรุน ดังนั้นในอ่างเก็บน้ำที่แตกหัก จึงคำนึงถึงการพึ่งพาอาศัยกัน กิโล(พี) จำเป็นมากกว่าแบบละเอียด

สมการสถานะของของเหลวหรือก๊าซที่อิ่มตัวในชั้นหินและตัวกลางที่มีรูพรุนทำให้ระบบสมการเชิงอนุพันธ์สมบูรณ์