- •Ю.М. Гришин
- •1. Постановка задания и исходные данные
- •2. Общие особенности расчета термодинамических параметров плазмы
- •3. Методика расчета состава плазмы в области однократной ионизации
- •4. Методика расчета основных термодинамических параметров однократно ионизованной плазмы
- •5. Пример расчета состава и основных термодинамических параметров плазмы в области однократной ионизации
Московский государственный технический университет
им. Н. Э. Баумана
Факультет “Энергомашиностроение”
Кафедра Э6 “Теплофизика”
Ю.М. Гришин
РАСЧЕТ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
АТОМАРНОЙ ПЛАЗМЫ
В ОБЛАСТИ ОДНОКРАТНОЙ ИОНИЗАЦИИ
Методические указания к домашнему заданию
по курсу «Теплофизика»
Москва
НИЦ “Инженер”
2000
УДК 621.1.016 (075.8)
Гришин Ю.М. Расчет термодинамических параметров атомарной плазмы в области однократной ионизации. - М.: Изд-во НИЦ “Инженер”, 2000, - 23 с.
Представлены методические указания к домашнему заданию “ Расчет термодинамических параметров атомарной плазмы в области однократной ионизации” по курсу “Теплофизика”, справочный материал и перечень необходимой литературы.
Рассмотрено и одобрено кафедрой Теплофизики (Э6) и Методической
комиссией факультета “Энергомашиностроения” МГТУ им. Н.Э. Баумана
в качестве методического указания для
студентов кафедры Э-8 «Плазменные энергетические установки» и кафедры Э-6 «Теплофизика».
Рецензент: д.т.н. Козлов Н.П.
Ю.М. Гришин
Оформление Издательства
НИЦ “Инженер”
ВВЕДЕНИЕ
Данная работа содержит описание и методические указания к выполнению домашнего задания, составленного в соответствии с учебной программой по дисциплине «Теплофизика» для студентов кафедры «Плазменные энергетические установки». В задании предлагается выполнить расчет и проанализировать поведение парциального состава и основных термодинамических параметров атомарной плазмы в области температур, соответствующих однократной ионизации. Задание составлено применительно к разделам курса «Теплофизика»: «Смеси идеальных газов», «Плазма», «Химическое равновесие».
Вопросы, рассматриваемые в рамках данного домашнего задания, являются основой для расчета и проектирования электроразрядных систем и плазменных энергетических установок.
1. Постановка задания и исходные данные
Исходные данные
В объеме V=10 см3 в состоянии полного термодинамического равновесия при Т [K] находится плазма заданного атомарного вещества (выбор которого производится в соответствии с номером домашнего задания по таблице 1) с плотностью i=Мi/V (где Мi - масса плазмообразующего вещества i=1,2,3; М1=10-1 г, М2=10-2 г, М3=10-3 г). По таблице 1 выбираются необходимые для расчета значения атомных характеристик плазмообразующего вещества.
В задании требуется
1. Определить величины эффективной температуры однократной ионизации Тki=TK(i) и ширину температурного интервала эффективной однократной ионизации Тi=f(i). Выявить характер влияния плотности плазмы на величину эффективной температуры однократной ионизации Тki=TK(i) и ширину температурного интервала эффективной однократной ионизации Тi=f(i): найти и сравнить отношения величин ,,i=1,2,3. Результаты по пункту 1 представить в виде таблицы:
Таблица 1
Потенциалы ионизации и статистические веса
№ задания |
Атом |
Атомный вес g , кг/кмоль |
Первый потенциал ионизации J1, эВ |
Второй потенциал ионизации J2, эВ |
Стат. вес основного состояния атома, go |
Стат. вес основного состояния иона, g1 |
1 |
He |
4,0 |
24,46 |
54,14 |
1 |
2 |
2 |
Li |
6,94 |
5,37 |
75,38 |
2 |
1 |
3 |
Be |
9,02 |
9,28 |
18,12 |
1 |
2 |
4 |
B |
10,82 |
8,28 |
25,0 |
6 |
1 |
5 |
C |
12,0 |
11,22 |
24,27 |
9 |
6 |
6 |
N |
14,01 |
14,48 |
29,47 |
4 |
9 |
7 |
O |
16,0 |
13,55 |
34,93 |
9 |
4 |
8 |
F |
19,0 |
18,6 |
34,6 |
6 |
9 |
9 |
Ne |
20,18 |
21,47 |
40,9 |
1 |
6 |
10 |
Na |
23,0 |
5,12 |
47,0 |
2 |
1 |
11 |
Mg |
24,32 |
7,61 |
14,96 |
1 |
2 |
12 |
Al |
26,97 |
5,96 |
18,74 |
6 |
1 |
13 |
Si |
28,06 |
8,12 |
16,27 |
9 |
6 |
14 |
P |
31,02 |
10,3 |
19,8 |
4 |
9 |
15 |
S |
32,06 |
10,3 |
23,3 |
9 |
4 |
16 |
Cl |
35,46 |
12,96 |
22,5 |
6 |
9 |
17 |
Ar |
39,94 |
15,69 |
27,72 |
1 |
6 |
18 |
K |
39,1 |
4,32 |
31,7 |
2 |
1 |
19 |
Ca |
40,07 |
6,09 |
11,82 |
1 |
2 |
20 |
Sc |
45,1 |
6,7 |
12,8 |
10 |
15 |
21 |
Ti |
47,9 |
6,81 |
13,6 |
21 |
28 |
22 |
V |
50,95 |
6,76 |
14,1 |
28 |
25 |
23 |
Cr |
52,01 |
6,74 |
16,6 |
7 |
6 |
24 |
Mn |
54,93 |
7,41 |
15,7 |
6 |
7 |
25 |
Fe |
55,84 |
7,83 |
16,5 |
25 |
30 |
26 |
Co |
58,94 |
7,81 |
17,3 |
28 |
21 |
27 |
Ni |
58,69 |
7,61 |
18,2 |
21 |
10 |
28 |
Cu |
63,57 |
7,68 |
20,2 |
2 |
1 |
29 |
Zn |
65,38 |
9,36 |
17,89 |
1 |
2 |
30 |
Ga |
69,72 |
5,97 |
20,43 |
6 |
1 |
31 |
Ge |
72,6 |
8,09 |
15,9 |
9 |
6 |
32 |
Br |
79,92 |
11,8 |
- |
6 |
5 |
33 |
Kr |
83,8 |
13,94 |
26,4 |
1 |
6 |
34 |
Rb |
85,45 |
4,16 |
27,3 |
2 |
1 |
35 |
Sr |
87,63 |
5,67 |
10,98 |
1 |
2 |
36 |
Zr |
91,22 |
6,92 |
13,97 |
21 |
28 |
37 |
Ru |
101,07 |
7,5 |
- |
35 |
28 |
38 |
Ag |
107,88 |
7,54 |
21,9 |
2 |
1 |
39 |
Cd |
112,4 |
8,96 |
16,84 |
1 |
2 |
40 |
Hg |
200,6 |
10,38 |
18,67 |
1 |
2 |
41 |
In |
114,8 |
5,76 |
18,81 |
6 |
1 |
42 |
Sn |
118,7 |
7,3 |
14,5 |
9 |
6 |
43 |
Au |
197,2 |
9,2 |
- |
2 |
1 |
2. Для плазмы с массой М2=10-2 г для трех значений температур Т21=ТК2-Т2/2, Т22=ТК2, Т23=ТК2+Т2/2 определить:
степень ионизации и относительную мольную концентрацию нейтральных атомов ;
- числа молей и объемные концентрации электронов (Ne и ne), нейтральных атомов (No и no), полное число молей и концентрацию всех частиц (N и n);
- парциальные давления электронов Ре, однозарядных ионов Р1, нейтральных атомов Рo и полное давление Р плазмы;
- удельные (мольные) теплоемкости плазмы при постоянном объеме сV и давлении сP , а также показатель адиабаты = сP/сV.
- удельные значения внутренней энергии ,, энтальпии,, энтропииSm, свободной энергии Fm и функции Гиббса Gm.
Построить графические зависимости сV/Ro и сP/Ro от температуры Т. Сравнить величины теплоемкостей при температуре Т2 и температурах Т1 и Т3, вычислив величины отношений сV,P(T2)/сV,P(T1) и сV,P(T2)/сV,P(T3).