Понятие о газовой смеси. Закон Дальтона и состав газовой смеси

Газообразные продукты сгорания топлива в ДВС неоднородны по своему составу и представляют собой газовую смесь, т. е. смесь химически не связанных между собой газов. Каждый газ, входящий в смесь, ведет себя так, как будто он один занимает весь объем, т. е. свободно распространяется по всему объему сосуда, имея температуру, одинаковую с температурой всей смеси, и оказывает на стенки сосуда свое собственное давление, называемое парциальным.

Газовые смеси подчиняются тем же законам и уравнениям, что и однородные идеальные газы.

Основной закон для газовых смесей – закон Дальтона, согласно которому, при отсутствии химических реакций давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений отдельных газов, составляющих смесь, т. е.

где р – давление газовой смеси; р ₁, р ₂, … р _n – парциальные давления газов, составляющих смесь.

Состав газовой смеси обычно задается массовыми (m_i) или объемными (r _i) долями.

Массовой долей газа называют отношение массы каждого отдельного газа, входящего в смесь, к массе всей смеси, т. е.

m ₁ = M ₁/ M; m ₂ = M ₂/ M;...; m _n = M _n/ M,

где M _1, M _{2, …,} M _n - массы отдельных газов, составляющих смесь, кг; M — масса смеси, кг.

Масса смеси равна сумме масс газов, составляющих смесь, т. е.

M = M ₁ + M ₂ + M ₃ +... M _n.

Разделив обе части уравнения (1.14) на M и учтя, что отношения M ₁/ M, M ₂/ M,..., M _n/ M есть массовые доли газов, получим

т. e. сумма массовых долей газов, входящих в смесь, равна единице.

Объемной долей газов называют отношение парциального (приведенного) объема каждого отдельного газа, входящего в смесь, к объему всей смеси, т. е.

r ₁ = V ₁/ V; r ₂ = V ₂/ V; … r_n = V_n / V,

где V ₁ V ₂,..., V_n – парциальные (приведенные) объемы газов, составляющие смесь, м³ (парциальным или приведенным объемом отдельного газа называется такой объем, который имел бы этот газ до смешения при температуре и давлении смеси); V – объем смеси, м³.

Объем смеси равен сумме парциальных объемов газов, состав­ляющих смесь, т. е.

V = V ₁ + V ₂ +... + V_n.

Разделив обе части уравнения (1.17) на V, получим

т. е. сумма объемных долей газов, составляющих смесь, равна единице.