Газ

Газ, или газообразное состояние (от нидерл. gas, восходит к др.-греч. χάος (háos)) — одно из четырёх основных агрегатных состояний вещества, характеризующееся очень слабыми связями между составляющими его частицами (молекулами, атомами или ионами), а также их большой подвижностью. Частицы газа почти свободно и хаотически движутся в промежутках между столкновениями, во время которых происходит резкое изменение характера их движения.

Газообразное состояние вещества в условиях, когда возможно существование устойчивой жидкой или твёрдой фазы этого же вещества, обычно называется па́ром. Реальный газ представляет собой высоко перегретый пар, свойства которого незначительно отличаются от идеального газа. В связи с этим в термодинамическом описании паров и реальных газов следует различать только два состояния — насыщенные пары (двухфазовые системы) и перегретые пары — (однофазовые газообразные состояния). Существует и другое определение понятия реальный газ, включающее весь диапазон газообразного состояния вещества от насыщенного пара до высоко перегретого и сильно разреженного.

Подобно жидкостям, газы обладают текучестью и сопротивляются деформации. В отличие от жидкостей, газы не имеют фиксированного объёма, а стремятся заполнить весь доступный объём (например, сосуда). В планетарном масштабе газ в атмосфере удерживается гравитацией и не образует свободной поверхности.

Газообразное состояние — самое распространённое состояние вещества Вселенной (межзвёздное вещество, туманности, звёзды, атмосферы планет и т. д.). По химическим свойствам газы и их смеси весьма разнообразны: от малоактивных инертных газов до взрывчатых газовых смесей. Понятие «газ» иногда распространяют не только на совокупности атомов и молекул, но и на совокупности других элементарных [квантовых] частиц (то есть на квантовую систему) — фотонов, электронов, броуновских частиц, а также плазму.

Чтобы испарить жидкость, вовсе необязательно её нагревать. Можно уменьшить атмосферное давление поднятием на высоту, либо вакуумированием.

Источник: Википедия

Упоминания в литературе

Это прекрасно, однако работает только потому, что запас углерода-14 все время возобновляется. Будь иначе, углерод-14 с его коротким периодом полураспада давным-давно исчез бы из атмосферы, так же, как оттуда исчезли другие быстро живущие природные изотопы. Углерод-14 – исключение из правил, поскольку он восстанавливается благодаря космическим лучам, бомбардирующим атомы азота в верхних слоях атмосферы. Азот – самый распространенный в атмосфере газ, массовое число которого – 14 (такое же, как и у углерода-14). Различие состоит в том, что в атоме углерода-14 содержится 6 протонов и 8 нейтронов, тогда как азот-14 имеет 7 протонов и 7 нейтронов (масса нейтронов почти равна массе протонов). Космические частицы способны, ударяя в протон ядра азота, превратить его в нейтрон. Когда это происходит, атом превращается в углерод-14 (углерод в периодической таблице стоит на клетку левее азота). Поскольку частота таких превращений мало изменяется от века к веку, радиоуглеродный метод прекрасно работает. На самом деле эта частота непостоянна, поэтому необходим метод учета и компенсации колебаний. К счастью, мы можем провести точную калибровку колебаний количества углерода-14 в атмосфере, что позволяет учитывать при датировании изменчивость соотношения углерода-12 и углерода-14. (Вы ведь не забыли, что временной промежуток, доступный для датировки при помощи углерода-14, в значительной мере покрывается дендрохронологией, которая позволяет определять возраст с точностью до года?) Таким образом, сопоставляя результаты, полученные двумя методами – радиоуглеродным и по годичным кольцам, – мы оценим ошибки, возникающие из-за непостоянной концентрации в атмосфере углерода-14. Мы можем пользоваться этой калибровкой при определении возраста органических образцов, для которых нет дендрохронологических данных (их абсолютное большинство).

Ричард Докинз, Самое грандиозное шоу на Земле: доказательства эволюции, 2009

Он ошибочно связывает пик напряжения поля с совпадающим по времени максимумом концентрации радона – газа, активно участвующего в ионизации воздуха в нижних слоях атмосферы Земли. Истинная же ситуация состоит в том, что повышенная ионизация сама увеличивает проводимость воздуха и сама по себе уменьшает наблюдаемое напряжение атмосферного электрического поля, т. е. все происходит в точности наоборот, не так, как предсказывает Класс. Коротко говоря, разность потенциалов у поверхности Земли и в ионосфере может рассматриваться как постоянная, ее хорошо известные универсальные суточные изменения можно не принимать во внимание. Отсюда следует, что плотности вертикальных токов в атмосфере будут оставаться постоянными, если не учитывать суточные факторы, которые изменяют только проводимость сравнительно плотных слоев воздуха вблизи поверхности Земли. Однако при постоянстве плотности токов в атмосфере интенсивность ее электрического поля должна самоустанавливаться на уровнях, обратно пропорциональных проводимости воздуха.

Феликс Зигель, Вторжение инопланетян. Битва за Землю продолжается, 2012

Напомним, что в таком же объеме воздуха находится 2,7х1019 молекул. Даже в самых совершенных вакуумных камерах концентрация атомов не меньше чем 103 см-3. И все же межзвездную среду нельзя рассматривать как вакуум! Дело в том, что вакуумом, как известно, называется такая система, в которой длина свободного пробега атомов или молекул превышает характерные размеры этой системы. Однако в межзвездном пространстве средняя длина свободного пробега атомов в сотни раз меньше, чем расстояния между звездами. Поэтому мы вправе рассматривать межзвездный газ как сплошную, сжимаемую среду и применять к этой среде законы газовой динамики.

Иосиф Шкловский, Вселенная, жизнь, разум, 2006

Распределение Максвелла – в равновесном состоянии параметры газа (давление, объем и температура) остаются неизменными, однако микросостояния – взаимное расположение молекул, их скорости – непрерывно изменяются. Из-за огромного количества молекул практически нельзя определить значения их скоростей в какой-либо момент, но возможно, считая скорость молекул непрерывной случайной величиной, указать распределение молекул по скоростям. Распределение молекул по скоростям подтверждено различными опытами. Распределение Максвелла можно рассматривать как распределение молекул не только по скоростям, но и по кинетическим энергиям (так как эти понятия взаимосвязаны).

Вера Александровна Подколзина, Медицинская физика

При растворении газов в жидкости энтропия системы обычно уменьшается (?S < 0), так как растворяемое вещество из менее упорядоченного состояния (боль–шого объема) переходит в более упорядоченное (ма–лый объем). Снижение температуры благоприятствует растворению газов, потому что в этом случае множи–тель Т мал и абсолютное значение произведения T?S будет тем меньше, а убыль энергии Гиббса тем больше, чем ниже значение Т.

А. А. Дроздов, Неорганическая химия

Более пригодным для разогрева мог бы быть азот, который хорошо абсорбирует инфракрасное излучение. И достаточно устойчив, чтобы попасть в ископаемую летопись даже как газ. Например, включения флюидов в гидротермальном кварце в более древних базальтах (3,49–3,46 млрд лет) кратона Пилбара содержат атмосферный газ, когда-то растворенный в поверхностных водах. Аммиак в них отсутствует, а инертный аргон и азот определяются. Соотношение молекул разных газов во включениях зависит от парциального давления каждого из них: при современном парциальном давлении N2 (7,9 × 104 Па) и 36Ar (3,2 Па) их соотношение колеблется в пределах 1,02–1,31 × 104 при температуре воды от 2 °C (средняя для глубоких вод) до 70 °C (архейский предел) и солености 0–16?. Для архейского времени ее можно проверить по тем же включениям, и соотношение N2/36Ar не выходит за пределы 1,0 × 104. Следовательно, парциальное давление азота не превышало 5,0 × 104 Па, и с ролью основного теплоизолятора он справиться не мог.

Андрей Журавлев, Сотворение Земли. Как живые организмы создали наш мир, 2018

Пары воды, нагретые до 300 °C, при атмосферном давлении подобны обычным газам: в них расстояния между молекулами достаточно велики, так что каждая отдельная молекула может существовать более или менее самостоятельно, не испытывая существенного взаимодействия со стороны своих соседей, за исключением тех случаев, когда молекулы в результате беспорядочного теплового движения сталкиваются друг с другом.

Б. Н. Джерелей, Вода для вашего здоровья, 2011

Этап второй, напротив, скоротечен: быстрое (за время порядка 10 лет) сжатие облака. Причем чем дальше, тем выше скорость сжатия. Вопрос для школьников: что происходит при сжатии газа? Ответ: газ нагревается. Так вот: на данном этапе никакого нагрева облака не происходит. Выходит, школьные учебники врут? Нисколько: классические газовые законы имеют дело с идеальным газом, в котором происходят абсолютно упругие столкновения молекул без каких-либо иных взаимодействий между ними. В протозвездном облаке это не так. Вспомним о роли углерода. Поглощая высокоэнергичные фотоны, он затем испускает кванты излучения с энергиями, соответствующими инфракрасному диапазону, для которого облако пока еще прозрачно. Так что избыток энергии благополучно канализируется в окружающее пространство. Сжатие облака на данном этапе является изотермическим. Этот этап также называют этапом свободного падения.

А. Н. Громов, Удивительная Солнечная система, 2012

Термодинамика ввела в физику понятие энтропии (в переводе с греческого – «превращение»). Под энтропией в физике понимается некоторая величина S, которая, подобно энергии, давлению, температуре, характеризует состояние газа. Давший ей наименование Клаузиус считал, что когда к газу подводится теплота dQ, то S возрастает на величину dS = dQ /Т. Исходя из расчетов Карно, известно, что dQ1 /Т1 + dQ2/Т2 = 0, где dQ1 – полученное тепло, а dQ2 – отданное тепло.

Т. В. Карпова, Концепции современного естествознания, 2010

В ракетных двигателях такой сложной химии нет. Столь опасная самоорганизация в них имеет смешанное физико-химическое происхождение. Движение газов в ракетном двигателе происходит очень быстро, сравнимо со скоростью химических реакций в них, поэтому газы в камере сгорания далеки от равновесия. На съемках старта ракет на керосиновом топливе («Союз», «Зенит», «Фалькон») хорошо видно, что ярко-желтое пламя тянется на десятки метров за ракетой. Желтый свет испускают частички сажи, которые являются промежуточными продуктами горения керосина. Конечные продукты сгорания керосина – вода, угарный и углекислый газы – прозрачны. Вместо автокатализа в камере сгорания срабатывает ускорение химических реакций в газе. Поскольку горение керосина в ограниченном объеме приводит к повышению температуры и давления, возникает обратная связь: случайное ускорение горения в одном месте повышает давление, а давление ускоряет горение дальше. Повышенное давление не может оставаться в одном месте. Волна повышенного давления распространяется по газу и отражается от стенок камеры, и в какой-то ее точке отраженные волны сходятся. Там горение резко ускоряется и волна повышенного давления (фактически звуковая волна) расходится из этой точки, усилившись. Так в камере сгорания возникают устойчивые, нарастающие колебания давления. Благодаря реакции Белоусова – Жаботинского, которая гораздо безопаснее в изучении, чем ракетный двигатель, удалось разобраться в этих неустойчивостях, разработать форму камеры сгорания, в которой эффективно поглощаются звуковые волны, и создать надежные и мощные ракетные двигатели.

Михаил Никитин, Происхождение жизни. От туманности до клетки, 2016

Окисление жиров крови внутри альвеолярного пузырька (конечной терминали дыхательных путей) до углекислого газа и воды объясняется тем, что в легочном пузырьке нет физико-химического запрета на превышение предельно допустимой температуры внутриклеточных окислений (не более 42 градусов – температуры сворачивания белка), прежде всего благодаря эффективному отводу тепла по малому кругу кровообращения. А на самом деле точно так же, как и в струях Уортингтона, все происходит благодаря переходу через границу двух сред через микроскопические отверстия или тончайшие пленки.

Н. Б. Осьминина, Квантовая биомеханика тела. Методика оздоровления опорно-двигательного аппарата человека. Часть II, 2017

При сварке в углекислом газе, особенно проволокой сплошного сечения, которая не отличается высокой стабильностью горения дуги, уровни звукового давления в зависимости от режима сварки могут быть больше допустимых значений.

В. Г. Лупачев, Безопасность труда при производстве сварочных работ, 2008

На рис. 4.2 приведена I-?-диаграмма, показывающая качественную зависимость между энтальпией продуктов сгорания (I, МДж/кг) и температурой (?, °С). Видно, что энтальпия теоретически необходимого количества воздуха однозначно определяется температурой ?. То же самое можно сказать и об энтальпии дымовых газов при стехиометрическом сжигании топлива Ior. А вот энтальпия продуктов сгорания при фактическом избытке воздуха (ломаная кривая на рис. 4.2) зависит еще и от коэффициента избытка воздуха, усредненного для зоны расположения той или иной поверхности нагрева.

С. Е. Беликов, Котлы тепловых электростанций и защита атмосферы, 2008

Ученые-биохимики решили проверить эту гипотезу и в середине прошлого века впервые попытались поставить ряд экспериментов по самозарождению жизни. Они построили лабораторную установку из двух сообщающихся сосудов, в одном из которых была вода, а в другом – модель атмосферы первобытной Земли из смеси газов: водорода, метана, аммиака и водяных паров. Когда ученые создали в такой атмосфере миниатюрную грозу, пропустив серию электрических разрядов, вода в сосуде побурела, а ее химический анализ показал, что там образовалось множество «кирпичиков» живой материи – аминокислот и других органических молекул. При продолжительной циркуляции и непрерывном воздействии электрических разрядов смесь порозовела, а еще через некоторое время потемнела и поменяла цвет на грязновато-красный. Детальные анализы показали, что в ней появились аминокислоты, представляющие собой элементы белковых молекул.

О. О. Фейгин, Планета бурь, 2016

Различают суточную и сезонную составляющие эффекта [Bottke et al., 2002a]. Cуточная составляющая зависит от вращения тела вокруг оси, не лежащей в плоскости его орбиты. При этом из-за тепловой инерции вещества вечерняя половина тела оказывается более нагретой лучами Солнца по сравнению с утренней. Наиболее высокая температура поверхности достигается не в точках, где Солнце находится в меридиане (т. е. не в полдень), а в точках, чей местный меридиан повернут относительно меридиана подсолнечной точки на некоторый угол к востоку или западу в зависимости от направления вращения тела. Нагретое тело излучает тепло. Тепловые фотоны, покидая тело, сообщают ему некоторый импульс. Если бы температура поверхности сферически симметричного тела была всюду одинаковой, то усредненный результирующий импульс был бы равен нулю. Из-за различия температур в различных точках результирующий импульс отличен от нуля, причем из-за вращения тела он направлен не в сторону, противоположную Солнцу, а под некоторым углом к этому направлению (рис. 3.13 а). Его действие аналогично реактивному эффекту истечения газов из ядра кометы при нагревании его солнечными лучами. В зависимости от направления вращения ядра по отношению к направлению орбитального движения эффект Ярковского, подобно негравитационному эффекту в движении кометы, может вызывать как ускорение орбитального движения тела (сокращение большой полуоси), так и замедление движения (увеличение большой полуоси).

Коллектив авторов, Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра, 2010

В качестве загрязняющих веществ, опасных для здоровья населения, рассматриваются диоксид азота, оксид углерода, частицы РМ10 (с диаметром менее 10 мкм) и РМ2,5 (с диаметром менее 2,5 мкм), а также черный дым, бензол, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и металлы, в том числе свинец. Выхлопные газы являются источником выбросов около 30 % мелкодисперсных твердых частиц, а другие выбросы от автотранспорта (например, дорожная пыль и износ тормозных колодок) являются наиболее важным источником пыли – твердых частиц большего диаметра (РМ10)[1]. От размера частиц непосредственно зависит степень вреда, наносимого здоровью человека. Чем меньше размер частицы, тем проще и глубже она попадает в дыхательные пути и тем хуже влияет на здоровье.

Т. А. Малинина, Перспективы экологизации налоговой системы Российской Федерации, 2015

Железо является предельным элементом ядерного синтеза. Когда водород превращается в гелий, гелий в углерод и происходят все дальнейшие преобразования, высвобождается огромное количество ядерной энергии. Но ядро атома железа содержит наименьшее количество энергии по сравнению c ядрами других элементов. Когда огонь пожирает все топливо, превращая его в золу, тепловая энергия иссякает. Железо представляет собой своего рода ядерную золу; при столкновении атома железа с атомами других элементов ядерная энергия не возникает. Таким образом, когда в массивной звезде неизбежно формируется железное ядро, ее жизненный цикл заканчивается и происходит катастрофа. До этого момента в звезде поддерживается устойчивое равновесие между двумя мощными силами: гравитацией, притягивающей массу звездного вещества к центру, и давлением газа, выталкивающим эту массу из ядра. Когда ядро заполняется железом, процесс выталкивания массы из ядра останавливается, и победившая сила гравитации в один миг порождает катастрофу. Вся масса звезды настолько стремительно обрушивается к центру ядра, что отскок вызывает взрыв, который называют вспышкой сверхновой звезды. Звезда распадается, выбрасывая большую часть своего вещества в космическое пространство.

Роберт Хейзен, История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет, 2012

Для радиационного баланса системы «Земля-атмосфера» важна роль аэрозольных примесей в атмосфере. Они ослабляют потоки прямой солнечной радиации, приходящей к поверхности, активно участвуют в процессах конденсации водяного пара, приводят к изменению характеристик облачного покрова, т. е. к изменению суммарного альбедо облачного покрова Земли. Суммарный прямой эффект влияния аэрозольной составляющей на радиационное выхолаживание атмосферы оценивается величиной от -0,9 до -0,1 Вт/м2. В среднем это компенсирует 1/3 величины радиационного прогрева атмосферы за счет углекислого газа (IPCC 2007).

Г. В. Алексеев, Метеорологические и геофизические исследования, 2011

Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях – наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ.

М. А. Краснова, Полный справочник санитарного врача, 2013

– перенос теплоты за счет фазовых переходов воды (испарения, конденсации). Следовательно, земная атмосфера получает в среднем в 3 раза больше тепла, чем непосредственно от Солнца. Атмосфера Земли почти непрозрачна для теплового излучения (за счет углекислого газа и паров воды), что обусловливает т. н. парниковый эффект, стабилизирующий температурный режим планеты.

М. Г. Меркулова, Контрольные работы по географии. 7 класс, 2009

Хладагент циркулирует линии закрытого контура и его составляющих частей. Подобные циклы хладагент вынужден непрерывно повторять, и это называется циклом хладагента. Явление, возникающее в зависимости от циркулирования хладагента в пределах цикла, связано с изменением каждого значения давления и температуры при превращении хладагента в газ и конденсации вновь в жидкость.

А. П. Кашкаров, Автомобильные кондиционеры. Установка, обслуживание, ремонт, 2012

Такова, напр., связь той же атмосферы с «гидросферою» – водной частью оболочки Земли. Между ними существует целый ряд конъюгационных связей: круговорот воды – пара, растворение газов воздуха в воде, обмен тепловой, электрический, и пр. Обе стороны и здесь регулируют друг друга, взаимно поддерживая свою устойчивость. Так, атмосфера, путем дождей, снега, инея и т. д., теряет свою, газообразную воду; гидросфера получает ее в виде ручьев, рек, впадающих затем в моря и океаны; но она в свою очередь возвращает ей приблизительно такое же количество воды через испарение. Температурная устойчивость системы поддерживается тем, что непрерывная воздушная оболочка задерживает теплоту гидросферы, как и «литосферы», твердой части земной коры, доставляемую почти всецело лучами Солнца; а гидросфера, обладающая громадной теплоемкостью, образует как бы резервуар, то поглощающий излишки тепловой энергии, когда нагревание усиливается, то отдающий эти излишки воздуху, а через него и литосфере, когда нагревание уменьшается; таким образом температурные колебания удерживаются в ограниченных пределах около одного основного уровня.

А. А. Богданов, Расхождение и схождение форм, 1922

Спрашивается, зачем же котлу коррозионная стойкость, ведь в качестве теплоносителя в нем циркулирует вода или химически инертный антифриз? Ну вода-то тоже не совсем безопасна для металла, особенно когда в ней растворен кислород, а это – обычное явление в так называемых открытых системах отопления. Но куда большая угроза исходит от дымовых газов, которые даже в идеальном случае состоят из двух компонентов угольной кислоты – Н2О и СО2. Для котла совсем не страшно, если оба компонента находятся в газовой фазе, но стоит воде перейти в жидкую фазу, как в ней растворяется углекислый газ – и кислота готова.

С. В. Зотов, Твердотопливный котел в вашем доме, 2010

Кроме того, планета с недостаточной массой не может удержать внутреннее тепло и быстро остывает. Железное расплавленное ядро планеты создает магнитное поле, защищающее ее биосферу от губительного воздействия космических лучей, заряженных частиц солнечного ветра, жесткого рентгеновского излучения. Наша планета уникальна и своей атмосферой – соотношением в ней объемов кислорода и азота, уровнями углекислого газа, водяного пара, озона. При меньшем количестве кислорода в воздухе (менее 21 % атмосферы) задохнулись бы крупные млекопитающие, при увеличении количества кислорода планета страдала бы от постоянных пожаров. Особенный состав земной атмосферы (в частности, наличие озона) обеспечивает поглощение рентгеновского и ультрафиолетового излучения. Уникальны наши морская и пресная вода, при этом многие полезные для жизни вещества очень хорошо растворяются в воде, а вредные растворяются плохо. Пары воды легче сухого воздуха, что важно для переноса теплоты и круговорота воды на планете, а атмосфера не дает воде улетучиться в космос.

Виктор де Касто, Pro темную материю, 2016

Глушение стекла можно определить как разновидность окрашивания стекла. Глушение стекла вызывается частицами, выделяющимися в стекле при охлаждении или дополнительной тепловой обработке вследствие ограниченной растворимости некоторых веществ в стеклах. Размер частиц здесь значительно больше, чем при коллоидном окрашивании, поэтому рассеяние света значительно преобладает над поглощением и пропусканием. Поскольку частиц в стекле выделяется много, рассеяние света идет во все стороны. В зависимости от размеров и количества выделившихся частиц можно получить эффект глушения от слабого – опаловые стекла, до интенсивного – молочные стекла. Сами частицы могут быть белыми или цветными Глушеные фторидами и фосфатами стекла имеют, к примеру, белые частицы, а типа хромового и медного авантюрита – цветные частицы. Цветное глушение происходит также при укрупнении размеров частиц при коллоидном окрашивании. Глушение может быть достигнуто при образовании неодноростей при расслоении стекла; известно глушение стекла пузырьками газов.

И. В. Мельников, Варка. Способы обработки. Материалы и инструменты. Декоративное покрытие. Гравёрные работы, 2013

Величина ηK.И.Э определяется, с одной стороны, полнотой сжигания топлива при данном коэффициенте расхода кислорода, т. е. быстротой смешиваний топлива и кислорода, и, значит, совершенством процессов мас-сообмена. С другой стороны, величина ηK.И.Э зависит от температуры уходящих из печи газов, т. е. от совершенства процессов теплообмена.

Наталья Бурханова, Теплотехника, -1