Поведение гелия при расширении.

Сообщение

Сергей Горпинюк · Добавлено: 06-02-2008 17:11

BKC писал(а):Не будем мелочиться из-за пары пива!

Цена вопроса - не пара пива, а оплата транспортного баллона с гелием, аренды баллона и стоимости доставки до клуба и обратно.

BKC писал(а):А можно я буду открывать вентиль?

Нельзя.

BKC · Добавлено: 06-02-2008 17:55

Не надо ничего таскать и уж тем более платить.

Думаю, что и так с помощью коллег по кибердайвингу разобраться можно.

Сергей Горпинюк · Добавлено: 07-02-2008 05:29

BKC писал(а):Вы участвуете в обсуждении, а не обижаетесь на его форму...

Иногда форма слишком сильно скрывает содержание.

Мне не нравится, когда меня или моих друзей называют дураками или подлецами.

Моральный ущерб оцениваю в пару пива

BKC · Добавлено: 07-02-2008 22:53

Serg173 писал(а):
BKC писал(а):Вы участвуете в обсуждении, а не обижаетесь на его форму...
Мне не нравится, когда меня или моих друзей называют дураками или подлецами.

Нда...

Поговорка/призказка/мудрость народная такая есть. Полный вариант примерно такой:

"Чаще всего из двоих спорящих один дурак ибо спорит на деньги не зная правильного ответа, а другой - подлец ибо спорит на деньги зная правильный ответ."

Как вариант: "Всякий спорщик либо - дурак, ибо спорит на деньги не зная правильного ответа, либо - подлец, ибо спорит на деньги зная правильный ответ."

Присказка такая (кстати вполне мудрая ПМСМ!) - ничего личного, как говорится.
Но... раз такая странная реакция, уберу все - совершенно не хотел обижать никого.

Во всяком случае Вы стали называть Максима Васильева "моим другом" и это уже хорошо!

Serg173 писал(а):Моральный ущерб оцениваю в пару пива

При случае пиво за мной...

Сергей Горпинюк · Добавлено: 07-02-2008 23:42

BKC писал(а):При случае пиво за мной...

А я воблы принесу

hrundel · Добавлено: 08-02-2008 00:28

Понятно. Кина не будет. А я хотел текилу принести

Драконыч · Добавлено: 08-02-2008 00:55

ЭЭЭ! на где будет то? Вобля с пивом?

Tata · Добавлено: 08-02-2008 01:16

Ну, до чего тема довела!!! У меня муж, вообще не дайвер, нырялка ему по фиг, но он по образованию инженер- конструктор газо-турбинных двигателей. Начитался веточку, пока я с собакой гуляла, искал какие-то таинственные (для меня) таблицы (чего-то там по газодинамике), не нашел, но долго объяснял мне законы газодинамики и еще чего-то, услышав вопрос "Папа, а ты с кем сей час разговаривал?", сказал просто: "Воздух, должен охладиться больше, чем гелий, регулятор прикрученный к балону с воздухом, по идее должен замерзнуть быстрее". Воооот. А я че, а я ни че, я кроме басни про Ньютона с яблоком из курса физики вообще ничего не помню.

Матраскин · Добавлено: 08-02-2008 07:56

Тат,
а вообще-то как ты экзамены в техно сдавала, без Дальтона и Бойля-Мариотта?

Tata · Добавлено: 08-02-2008 13:22

матраскин писал(а):Тат,
а вообще-то как ты экзамены в техно сдавала, без Дальтона и Бойля-Мариотта?

Запомнить формулу - не значит понять процесс

BKC · Добавлено: 10-02-2008 00:33

Tata писал(а):Запомнить формулу - не значит понять процесс

+1000!!!

Просто и точно! Это и есть коренное различие между обучением и Хорошим Обучением! ПМсовершенно-неСМ...

То, что забудутся цифры и даже формулы(

) вопросов нет - зависит только от частоты использования и времени. Компьютеры в помощь! В том числе и дайверские компьютеры. Если нет понимания... Да, в общем, ничего страшного... Только уж инструкциям тогда надо следовать слепо и беспрекословно. (*)

(*) Disclamer: это я не о дайвинге... не только о дайвинге, во всяком случае.

Alex TDI · Добавлено: 10-02-2008 01:06

матраскин писал(а):Тат,
а вообще-то как ты экзамены в техно сдавала, без Дальтона и Бойля-Мариотта?

Для этого умные люди,чтобы не заморочиваться,придумали Decoplanner!

BKC · Добавлено: 10-02-2008 02:48

"- Чем интуиция отличается от менструации?
- Она крайне нерегулярна..."
(научно-технический фольклор)

Первая серия: почему?

Serg173 писал(а):Целью эксперимента было подтвердить или опровергнуть утверждение Максима Васильева о том, что гелий нагревается при выходе из баллона.
....
Ты хочешь сказать, что при снижении давления во время выхода газа из баллона, температура этого газа растет?

Serg173 писал(а):гелий, при выходе из баллона ОХЛАЖДАЕТСЯ.

daw писал(а):А есть газы, которые при такой процедуре нагреваются?

Serg173 писал(а):Как выясняется, не все знают про то, что гелий при экспансии охлаждается

web писал(а):
BKC писал(а):Serg173! Поверьте, что далеко не все до одного знают, что Земля круглая!... Чёртова прорва людей вообще не знают, что такое гелий.... Ну книжки ж для этого есть...
Есть. называется Учебник "Физика-7" там типа написано "Газообразные тела ведут себя аналогично: при нагревании увеличивают свое давление на окружающие тела, а при охлаждении – уменьшают."
...я с радостью оторву свою жопу от стула, схожу в книжный, куплю НОВУЮ книжку и подарю ему потому что слова "я инструктор" как-то не сочитаются со его приведенной цитатой о нагревании газа при его экспанзии.
Хотя, щас потребуют доказать что газ при выходе из баллона уменьшает свое давление......

Прошу прощения за краткий пересказ предыдущих серий...

Поскольку халявное пиво похоже никак не светит, хотелось бы хоть как-то кратко (оставаясь в пределах разумности) закончить эту бодягу с поведением гелия, выпускаемого на свободу.
(Сразу скажу - что такое "экспансия", я не понимаю и понимать не хочу. Т.е. это слово в русском языке не имеет отношения к газам. Так что если я сейчас не о том буду - извиняйте. Sorry...

)

Пару слов для "понимания", хотя они собственно уже были сказаны другими - прошу прощения за повтор и отсутствие ссылок.
Всё, на чём основана "интуиция" большинства, называется законы идеальных газов. Это многие помнят со школы и "проходили" на курсах OWD (или каких там ещё). Без комментариев.

За исключением одного. Просто чтобы освежить в памяти всем хорошо известные вещи. Идеальный газ - это упрощённая модель: газ невзаимодействующих молекул. Т.е. летают себе маленькие такие жёсткие шарики и изредка сталкиваются друг с другом. Совершенно жёсткие шарики(!), как бильярдные шары, но оооооочень маленькие! При соударениях они не деформируются. Это - идеальный газ.

На самом деле жизнь, даже у молекул, несколько сложнее...

И... внимание! - поведение гелия должно бы быть гораздо более понятным на интуитивном уровне. Ибо оно очень естественно! Увы... читай эпиграф...

Так вот. Не бывает в природе абсолютно твёрдых шариков. Даже бильярдные шары в момент удара чуть-чуть меняются в размере. Но лучше рассмотим соударение резиновых мячиков - это всякому понятно. Летят два мячика навстречу друг другу. Столкнувшись они упруго сжимаются и - на какой-то миг - останавливаются. Что нам физика тут говорит (sorry)? Кинетическая энергия их полёта перешла в потенциальную энергию деформации мячиков (резины). В следующий момент мячики упруго восстановили форму, оттолкнули друг друга и полетели в разные стороны. (Потенциальная энергия опять перешла в кинетическую.) Понятно вроде?
Собственно это и объясняет поведения гелия...

Летают эти маленькие "резиновые мячики" - атомы гелия и изредка сталкиваются. Пока их плотность (штук в баллоне) мала - это идеальный газ, про него даже OWDы всё знают. Теперь газ сжали и мячиков гелия в быллоне стало очень много. Так много, что момент соударения (атомы деформированы) занимает существенную часть времени в жизни гелия. Это значит, что много деформированных/сжатых атомов-мячиков. Упругая деформация - это запас потенциальной энергии. Следовательно, молекулы сжатого гелия в баллоне обладают не только кинетической энергией (энергия движения или, что более понятно - температура газа), но имеют ещё и некоторый запас потенциальной энергии. Энергии, запасённой в этих сжатых атомах. Теперь если вдруг уменьшить давление во много раз, атомы разлетятся, "распрямятся" и эта внутренняя энергия выделится. А раз появилась избыточная энергия... правильно - газ должен нагреться!
Теперь всё понятно на уровне интуиции. Не правда ли?

Увы... По ряду причин все имеют совершенно другой опыт и, следовательно, интуиция... хммм... ну, подсказывает другое.
Во-первых, гелий не самый распространённый газ в обычной жизни. Даже в жизни "технодайверов". А почти все остальные газы имеют ещё и другие особенности. (Чуть ниже.)
Во-вторых, в обычной жизни газ при расширении совершает работу. Лопнул воздушный шарик, выстрелило пневматическое ружьё, взорвался баллон. Практически всегда расширяющийся газ производит механическую работу и потому остывает.

Здесь уже упоминали эффект Джоуля-Томпсона. Иллюстрирующий его опыт с одноимённым названием как раз и демонстрирует уменьшение давления газа без совершения механической работы. Сжатый газ пропускают через очень микропористый фильтр, на котором давление и падает. В отличие от свободного выхода из баллона по трубе, в эксперименте Джоуля-Томпсона давление газа уменьшается при просачивании через пористый фильтр, и газ выходит из него медленно, не создавая потока и не производя никакой работы! Измеряя температуру выше и ниже фильтра можно понять каков "чистый" эффект уменьшения давления. В случае же вытекания газа по трубке этот эффект маскируется охлаждением за счёт совершённой работы.
Так вот - гелий при падении давления будет нагреваться, как мы интуитивно поняли выше.

Вот так коротенько...

А что с другими газами? Молекулы большинства газов кроме рассмотренного выше "элластичного" столкновения склонны ещё и притягиваться друг к другу при сближении. (Предположим, что наши элластичные мячики-молекулы ещё и намагничены слегка так, что паритягивают друг друга как маленькие магнитики.) Притяжение это очень слабое и на свойства разреженного газа почти не влияет. А вот когда давление газа большое и молекулы проводят значительную часть своей жизни в состоянии столкновения, т.е. близко друг к другу - газ "перестаёт быть идеальным". Благодаря этим слабым взаимодействиям, молекулы притягиваются друг к другу на коротких расстояниях, им энергетически выгодно быть вместе. Они бы и вообще слиплись, образовав жидкость... да скорость их движения слишком велика (т.е. кинетическая энергия и температура слишком велики). Соответственно потенциальная энергия молекул в сжатом газе ниже именно потому, что им выгоднее быть рядом. (Находясь рядом при столкновении они как бы сидят в ямке, нарисованной v_Alexey'ем пару страниц назад.) Соответственно, при уменьшении давления, при разлёте молекулам надо выскочить из этих "энергетических" ямок. Для этого нужна энергия и газ, отдав эту энергию, охладится в эксперименте Джоуля-Томпсона.

Почему такого охлаждения нет в случае гелия? Молекула гелия очень маленькая и имеет мало электронов, которые и могли бы собственно образовать такие "связи-магнитики". Поэтому существует только отталкивание при соударении атомов-мячиков. По этой же причине и водород будет нагреваться в таком опыте.

На самом деле такая "энергетическая" ямка для сталкивающихся молекул существует и у гелия и у водорода! Только она оооооооочень мелкая и при обычных скоростях полёта молекулы её как бы не замечают. (Больше скорость - меньше ям!) А вот при очень-очень низких температурах, когда молекулы гелия движутся существенно медленнее, они начинают эту ямку "замечать". Начиная с какой то температуры они её очень даже замечают и... Ну да, всё правильно - гелий тоже будет охлаждаться при понижении давления, но только при очень низких температурах. Водород - при более высоких. Неон (есть и такой лёгкий инертный газ, живущий в неоновых лампочках) - при ещё большей температуре. Чем больше/сложнее молекула, тем выше температура при которой бегающие молекулы перестают замечать эту ямку. При комнатной температуре все остальные газы "чувствуют" межмолекулярное притяжение и, соответственно, охлаждаются при уменьшении давления.

Не было бы "технодайверов", мы так и не узнали бы о забавных свойствах гелия. О его теплоёмкости, теплопроводности, а теперь вот и об эффекте Джоуля-Томпсона....

Sorry за оооочень много буков, но улучшать текст - только за пиво.

BKC · Добавлено: 10-02-2008 04:15

"- Это как?
- А вот так..."
(из известного анекдота)

Вторая серия: как?

Serg173 писал(а):Исследовалось изменение тмпературы газа гелий... баллоны с гелием... имели температуру, близкую к температуре воздуха в помещении.
Гелием из баллонов надувался воздушный шар - давление в баллоне падало со 150 до 3 бар. Зетем редуктор с транспортника снимался и остатки гелия выпускались на термометр. В обоих случаях показания термометра падали более чем на 10 градусов цельсия.
Опустевшие баллоны из под гелия охлаждались и покрывались каплями конденсата.

BKC писал(а):
Serg173 писал(а):...был проведен эксперимент с целью проверки поведения гелия при выпускании его из баллона в атмосферу. Исследовалось изменение тмпературы газа гелий марки.
Выводы эксперимента - гелий, при выходе из баллона ОХЛАЖДАЕТСЯ.

Serg173 писал(а):Ты хочешь сказать, что при снижении давления во время выхода газа из баллона, температура этого газа растет?

Максим Васильев писал(а):Да именно!

Crazzzy писал(а):
Максим Васильев писал(а):Проблемка в том что работают они с гелиоксом, а с гелиоксом рег. замёрнуть не могут. Он (гелиокс) даже будет нагревать первую ступень при экспансии!
ЭТО КАК

Для тех, кто выжил читая предыдущий пост, а так же для тех кто заснул-таки на нём. Что же произошло бы на самом деле, если бы Serg173 не поскупился на пиво....

Для начала: моё удивление три месяца назад кажется было превратно истолковано участниками дискуссии. Моё удивление -

- было вызвано тем, что вопрос был об одном, эксперимент - совсем о другом, ну а дальнейшая дискуссия...

Прошу прощения, но подробностей не будет - спать пора.
Итак.

Гелий нагревается при уменьшении давления без совершения работы. Эксперимент Джоуля-Томпсона мы ставить не стали бы. А вот измерить температуру гелия, выходящего из баллона - можно. Что я и предлагал Serg173'у. Чтобы измерять температуру именно гелия, логично было бы выпускать его через трубку и измерять температуру в трубке до смешения с воздухом. (Впрочем, можно и просто температуру трубки измерять.) Нет, горячим вентиль не становится - температура выходящего гелия выше всего на несколько градусов. Градусов на 5 или даже несколько больше/меньше в зависимости от условий. Но она, температура выходящего гелия, всегда выше температуры гелия в баллоне!
Почему - объяснено выше.

Собственно это и всё... раз пива не дают.

Хотя можно, конечно, пообсуждать почему не прав Serg173.
И прочие наблюдения "технодайверов" пообсуждать.

В чём ошибся Serg173 & Co.? (Это-то и вызвало моё изумление.)
Это же элементарно, Ватсон - следите за руками спорящего.

Собственно ответ был дан в самом первом сообщении!!! Прошу прощения за повторное цитирование. Если бы все, включая самого Serg173, прочли его внимательно, не было бы и 8 страниц споров со спонтанным переходом на личности.

Serg173 писал(а):Опустевшие баллоны из под гелия охлаждались и покрывались каплями конденсата.

Теперь ошибка понятна? В эксперименте по надуванию гиперогромных и суперблестящих презервативов гелий охлаждался в баллоне! В баллоне гелий охлаждается, а не при выходе их него. Видно же было глазами, что баллон стал холодный! Стало быть - и гелий в нём холодный! При чём здесь тогда температура комнаты?
Если ребята хотели проверить утверждение Максима Васильева, им следовало бы аккуратно измерять температуру выходящего гелия и одновременно(!) температуру гелия в баллоне - не было бы и противоречия. (В крайнем случае можно было бы измерять температуру самого баллона. Но здесь надо быть аккуратнее - легко опять ошибиться с выводом.)

Именно поэтому я и предлагал Serg173 измерять температуру сразу после открытия вентиля пока гелий в баллоне не охладился. И спрашивал - почему не измеряли сразу.

При погружении газ расходуется не очень быстро и окружающая вода не даёт баллону (и смеси в нём) остыть. Так что совершенно очевидно, что вероятность замерзания редуктора при использовании тримикса гораздо меньше, чем при использовании воздуха.
Почему? И почему опытные "гелиомешатели" говорят здесь о тёплых вентилях?

Гелий действительно-таки греется при выходе из баллона высокого давления. Разогрев в несколько градусов наверное можно почувствовать рукой. Подозреваю, однако, что объяснение в другом. Опять интуиция и привычка...

Что происходит при выпуске воздуха или кислорода из баллона?
При самой маленькой струйке температура вытекающего воздуха будет сразу же градусов на 10 меньше, чем сжатого воздуха в баллоне. (Мы уже знаем почему!) Это охлаждение легко достигает градусов 15-20 при более быстром потоке. В дополнение к этому, охлаждается сам оставшийся в баллоне газ (о чём мы говорили выше)! В результате при перепуске воздуха (азота, кислорода) все магистрали становятся очень(!) холодными на ощупь, обмерзают. И это хорошо знают все практики. Знают даже не головой, а руками: открыл вентиль высокого давления - всё охлаждается и мёрзнет. В случае с гелием такого охлаждения нет. Чисто психологически это может вызывать ощущение "тёплого" вентиля. На самом деле, ПМСМ, он тёплым быть не должен-таки. Слегка теплее в самом начале (можете вы уловить несколько градусов). Затем, по мере охлаждения гелия в баллоне это "тепло" должно уходить и вентиль станет даже чуть холоднее окружающего воздуха. Так что грубо следовало бы сказать, что он мало меняет температуру. Что чудовищно контрастирует с привычными ощущениями при перепуске воздуха.

Спокойной всем ночи.

P.S. Одно мне непонятно...

Почему все эти истины нужно обсуждать на каких-то форумах. Неужели о свойствах гелия не упоминают даже на курсах "технодайвинга". Ведь все вы утверждаете, что там-то уж всё очень серьёзно.

Максим Васильев · Добавлено: 10-02-2008 04:54

2ВКС
Вау, неплохо!!!

Матраскин · Добавлено: 10-02-2008 10:41

Ну слова написаны правильные, все верно.
Осталось прояснить один вопрос:
ПИВО ГДЕ? И КОМУ?

ReedCat · Добавлено: 10-02-2008 12:26

2ВКС:

Популяризация науки - совершенно отдельный и редкий талант!

Предлагаю присвоить ВКС почётное звание: "Перельман Тетиса"

P.S. (уважительно склоняя голову)...

Владимир Псуненко · Добавлено: 10-02-2008 13:23

ВКС, Вы опять включили свой талант и объяснили непростые вещи простым и доходчивым языком! Браво!!!
Единственное что меня покоробило - сравнение одноатомных молекул гелия с резиновыми мячиками. Хотя, если "увеличить" атом на поля его окружающие... вполне может получиться резиновый мячик со свинцовым ядром внутри.

Матраскин · Добавлено: 10-02-2008 15:09

Вов,
а ты про ямки все понял?

Владимир Псуненко · Добавлено: 10-02-2008 15:14

матраскин писал(а):Вов,
а ты про ямки все понял?

Более-менее. Все-таки физика была любимым предметом в школе