Состав сухого воздуха приведен в табл. 1.
В воздухе присутствует и водяной пар. Его содержание составляет по объему
Таблица 1. Состав сухого воздуха на высоте уровня моря
|
№№ п/п |
Газ |
Содержание газа по объему, % |
Содержание газа по весу, % |
|
1 |
Азот (N2) |
78,09 |
75,5 |
|
2 |
Кислород (О2) |
20,95 |
23,10 |
|
3 |
Аргон (Аr ) |
0,9325 |
1,286 |
|
4 |
Углекислый газ (СО2) |
0,030 |
0,046 |
|
5 |
Неон ( Ne ) |
0,0018 |
0,0012 |
|
6 |
Гелий ( Не ) |
0,0005 |
0,00007 |
|
7 |
Криптон ( Кr ) |
0,000108 |
0,0003 |
|
8 |
Водород (Н2 ) |
0,00005 |
|
|
9 |
Ксенон ( Хе ) |
0,000008 |
0,0004 |
|
10 |
Радон ( Rn ) |
6.10 -18 |
|
до 4%. По данным исследований состав воздуха на различной высоте атмосферной оболочки до 22 км сходен с составом воздуха у поверхности Земли. Коэффициенты объемного расширения основных газов воздуха β, 10-3К-1 составляют: азот-3,672; аргон - 3,676; водород - 3,664; гелий - 3,66; углекислый газ3,726; кислород -3,672; неон -3,661, а сухого воздуха - 3,665.
По данным срочных наблюдений за изменением температуры воздуха в различных климатических зонах земного шара можно сделать вывод, что она существенно зависит от поступления в атмосферу и на земную поверхность солнечной радиации. Из-за вращения Земли вокруг своей оси наблюдается суточный ход потоков солнечной энергии, а в зависимости от ее положения на орбитесезонный. Кроме того, сферичность планеты обуславливает зависимость поступления солнечной радиации от географической широты. Неоднородность полей температуры определяется особенностями теплообмена земной поверхности с атмосферой, фазовыми преобразованиями воды, свойствами подстилающей поверхности. Диапазон изменения температур может быть охарактеризован такими данными. Минимальная температура воздуха в феврале 1892г. в Верхоянске составляла -67,8ºС, на станции «Восток» в Антарктиде88,3ºС, а максимальная в Тиндуфе (пустыня Сахара) - 57,1ºС. На континентах колебание суточных значений температуры воздуха достигает 20-25ºС, а в пустынных, засушливых районах -30-35ºС. Анализ многочисленных материалов наблюдений показывает, что на формирование суточного хода температуры значительное влияние оказывают особенности рельефа и высота местности над уровнем моря. В своих исследованиях выдающийся русский исследователь А.И.Воейков доказал, что в вогнутых формах рельефа суточная амплитуда колебания температуры воздуха больше, а на выпуклых меньше, чем на равнине. В вогнутых формах рельефа, котловинах, долинах и т.п. в дневное время увеличивается прогревание воздуха, а в ночноевыхолаживание. В низкие формы рельефа стекает воздух с выпуклых формвершин, склонов, охлажденный на них ночью. горно-долинная и бризовая циркуляция также определяют особенности суточного хода температуры. Данные срочных наблюдений за температурой воздуха в мегаполисах показывают большие перепады между центром и окраинами в одно и то же время. Так, в г. Москве она достигает 10-12ºС ( особенно в зимнее время).
Рассмотрим вопросы изменения давления в шине 175/70R13 легкового автомобиля ВАЗ при изменении температурного режима окружающей среды. Принимаем, что объем закачиваемого в шину газа составляет 40л, а рекомендуемое заводом-изготовителем давление составляет 2.0 кгс/см2. При закачке в шины воздуха принимаем, что содержание водяных паров в нем составляет 2%. Тогда содержание закачиваемых основных компонентов воздуха в шину при давлении 101,3 кПа по объему в соответствии с законом Дальтона о парциальном давлении всех входящих в него газов составит: азот - 30,61л; кислород - 8,21л; пары воды - 0,8л; аргон - 0,37л; углекислый газ - 0,01л. Осуществление работ по закачке газов в шину может выполняться при различном температурном режиме окружающей среды. Определим массу основных закачиваемых в шину газов при температуре воздуха 5ºС, 10ºС и 20ºС и доведении давления до 2,0 кгс/см2. Расчет выполняем по уравнению:
a =0.01605 p M V/273+t ( 1)
где:
- а -весовое количество газа (в г) в данном объеме V (в л );
- р - давление газа в мм рт. ст.; М - молекулярный вес газа;
- t - температура в ºС.
Результаты расчетов сведены в таблицу 2
Таблица 2. Весовое количество основных компонентов воздуха и азота (в г. ), закачиваемых в шину легкового автомобиля при различной температуре окружающей среды и доведения давления до 2 атм ( 202,6 кПа)
|
Основные газы |
Масса основных газов воздуха и азота, закачиваемых в шину при температуре окружающей среды в ºС |
|||
|
5 |
10 |
20 |
30 |
|
|
Азот |
75,26 |
73,93 |
71,40 |
69,05 |
|
Кислород |
23,06 |
22,65 |
21,87 |
21,15 |
|
Водяной пар |
1,26 |
1,24 |
1,20 |
1,16 |
|
Аргон |
1,28 |
1,25 |
1,21 |
1,17 |
|
Углекислый газ |
0,03 |
0,03 |
0,03 |
0,03 |
|
Сумма,г воздуха |
100,89 |
99,1 |
95,71 |
92,56 |
Приведенные расчетные данные свидетельствуют о значительной разнице в массе закачиваемого воздуха и азота в шину легкового автомобиля при закачке в различном температурном режиме, которая по воздуху при изменении температуры между 5 ºС и 30ºС составляет 8,33г, а по азоту - 8,11 г (порядка 8%). разница между массами закачиваемого воздуха и азота при одной и той же температуре составляет в вышеуказанном температурном диапазоне от 2,33 г до 2,55 г. Эти данные необходимо учитывать при доведении давления в шинах до рекомендованных значений заводов-изготовителей. Напрашивается вывод, что закачку и подкачку шин наиболее целесообразно вести при температуре наиболее близкой к температурным условиям эксплуатации шин транспортного средства.
При эксплуатации автомобиля, а также в условиях постоянно изменяющихся суточных (сезонных) температур окружающей среды происходят изменения температурного режима шин с закачанным в них газом (газами). Определим изменения давлений в шине легкового автомобиля при различных изменениях температуры после закачки газов до давления, рекомендованного заводомизготовителем транспортного средства. расчеты выполнены по уравнению:
P = a (273 + t)/0.0321 M V (2)
условные обозначения приведены выше. результаты расчетов сведены в таблицу 3.
Данные таблицы 3 свидетельствуют о больших колебаниях давления в шинах автомобиля при изменении температурного режима в процессе эксплуатации. Эти данные будут характеризоваться еще большими значениями при анализе в районах с низкими температурами. россия является северной страной. Кроме того, при закачке воздуха в шины образуется конденсат, который отрицательно влияет на их эксплуатацию. учитывая, что с давлением в шинах связана безопасность движения, а также экономика эксплуатации транспортного средства вопросам регулирования стабилизации давления в шинах необходимо уделять первостепенное значение. По данным Национального управления безопасности дорожного движения США из-за аварий, связанных с автомобильными шина
Таблица 3. Изменение давления воздуха и азота (атм.) в шине легкового автомобиля при изменении температурного режима после закачки
|
Вид и температура закачанного газа |
Масса газа, г |
Давление в шине при изменении температуры после закачки, атм. |
||||||
|
Воздух +5 0 С |
|
-20 0 |
-50 |
0 |
+50 |
+100 |
+200 |
+300 |
|
1.Закачка воздуха |
||||||||
|
100,89 |
- |
1,948 |
2,0 |
2,0192 |
2,055 |
2,126 |
2,1976 |
|
|
Воздух +10 0 С |
99,1 |
- |
1,948 |
2,0 |
2,018 |
2,053 |
2,124 |
2,194 |
|
Воздух +20 0 С |
95,71 |
1,848 |
1,949 |
2,0 |
2,017 |
2,051 |
2,1186 |
2,186 |
|
Воздух + 30 0 С |
92,56 |
1,853 |
1,95 |
2,0 |
2,016 |
2,0489 |
2,114 |
- |
|
2. Закачка азота |
||||||||
|
Азот +5 0 С |
98,34 |
1,856 |
1,964 |
2,0 |
2,0359 |
2,0719 |
2,144 |
2,216 |
|
Азот +10 0 С |
96,60 |
1,859 |
1,965 |
2,0 |
2,0352 |
2,0706 |
2,1412 |
2,2119 |
|
Азот +20 0 С |
93,30 |
1,863 |
1,966 |
2,0 |
2,034 |
2,068 |
2,1363 |
2,2046 |
|
Азот +30 0 С |
90,23 |
1,868 |
1,967 |
2,0 |
2,033 |
2,066 |
2,132 |
2,198 |
ми, в стране ежегодно гибнет до 660 человек и 33000 человек получают ранения.
Список литературы
- Тарновский В.Н., Гудков В.А., Третьяков О.Б. Как увеличить пробег шин. Советы автолюбителям. - М.: Транспорт, 1993.
- Х.Кухлинг. Справочник по физике - М.: Мир, 1982.