Введение
Справочные значения температуры и давления – это условия, используемые в термодинамических расчетах. Стандартная температура и давление (СТП) или стандартные условия температуры и давления представляют собой различные наборы стандартных условий для экспериментальных измерений, используемые для обеспечения сопоставимости различных наборов данных. Наиболее часто используемыми стандартами являются стандарты Международного союза теоретической и прикладной химии (IUPAC) и Национального института стандартов и технологий (NIST), хотя они не являются универсально принятыми. Другие организации разработали множество других определений. В промышленности и торговле стандартные условия температуры и давления часто необходимы для выражения объемов газов и жидкостей, а также связанных с ними величин, таких как объемная скорость потока (объемы газов значительно изменяются в зависимости от температуры и давления): стандартные кубические метры в секунду (Sm3/с) и нормальные кубические метры в секунду (Nm3/с). Однако во многих технических публикациях (книгах, журналах, рекламе оборудования и техники) просто указываются «стандартные условия» без их уточнения; часто этот термин заменяется устаревшим «нормальными условиями» или «NC». В отдельных случаях это может приводить к путанице и ошибкам. Хорошая практика всегда предполагает указание эталонных условий температуры и давления. Если они не указаны, подразумеваются некоторые условия окружающей среды, близкие к давлению 1 атм, 293 К (20 °C) и 0% влажности.
the conditions used in thermodynamic evaluations
Standard temperature and pressure (STP) or Standard conditions for temperature and pressure are various standard sets of conditions for experimental measurements used to allow comparisons to be made between different sets of data. The most used standards are those of the International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) and the National Institute of Standards and Technology (NIST), although these are not universally accepted. Other organizations have established a variety of other definitions. In industry and commerce, the standard conditions for temperature and pressure are often necessary for expressing the volumes of gases and liquids and related quantities such as the rate of volumetric flow (the volumes of gases vary significantly with temperature and pressure): standard cubic meters per second (Sm3/s), and normal cubic meters per second (Nm3/s). However, many technical publications (books, journals, advertisements for equipment and machinery) simply state "standard conditions" without specifying them; often substituting the term with older "normal conditions", or "NC". In special cases this can lead to confusion and errors. Good practice always incorporates the reference conditions of temperature and pressure. If not stated, some room environment conditions are supposed, close to 1 atm pressure, 293 K (20 °C), and 0% humidity.
Прошлое использование
До 1918 года многие специалисты и ученые, использующие метрическую систему единиц, определяли стандартные условия температуры и давления для выражения объемов газа как 0 °C и 760 мм рт. ст. В течение тех же лет наиболее часто используемыми стандартными условиями для людей, использующих имперские или американские обычные системы, было 60 °F и 14,696 psi (1 атм), поскольку они почти повсеместно применялись в нефтяной и газовой промышленности по всему миру. Указанные выше определения в настоящее время не являются наиболее распространенными ни в одной из систем единиц.
Международная стандартная атмосфера
В аэронавтике и динамике жидкостей «Международная стандартная атмосфера» (International Standard Atmosphere, ISA) — это спецификация давления, температуры, плотности и скорости звука на каждой высоте. Международная стандартная атмосфера отражает атмосферные условия умеренных широт. В США эта информация определяется как «Стандартная атмосфера США», которая идентична «Международной стандартной атмосфере» на всех высотах до 65 000 футов над уровнем моря.
Стандартные лабораторные условия
Поскольку многие определения стандартной температуры и давления значительно отличаются по температуре от стандартных лабораторных температур (например, 0 °C против ~25 °C), часто используется термин "стандартные лабораторные условия" (название, намеренно отличное от "стандартные условия температуры и давления", несмотря на их семантическую близость при буквальном толковании). Однако, что считать "стандартной" лабораторной температурой и давлением, неизбежно зависит от географического положения, поскольку климат, высота над уровнем моря и степень использования отопления и охлаждения на рабочих местах различаются в разных частях мира. Например, школы в штате Новый Южный Уэльс, Австралия, используют 25 °C при 100 кПа в качестве стандартных лабораторных условий. ASTM International опубликовала стандарт ASTM E41 "Терминология, относящаяся к кондиционированию", а также сотни специальных условий для конкретных материалов и методов испытаний. Другие организации по стандартизации также имеют собственные специализированные стандартные условия испытаний.
Молярный объем газа
При определении молярного объема газа так же важно указать применимые эталонные условия температуры и давления, как и при выражении объема газа или объемного расхода. Указание молярного объема газа без указания эталонных условий температуры и давления имеет очень мало смысла и может вызвать путаницу. Молярный объем газов вблизи стандартных условий и при атмосферном давлении может быть вычислен с точностью, обычно достаточной для практических целей, используя закон идеального газа. Молярный объем любого идеального газа может быть вычислен при различных стандартных условиях, как показано ниже:
Vm = 8.3145 × 273.15 / 101.325 = 22.414 dm3/mol at 0 °C and 101.325 kPa
Vm = 8.3145 × 273.15 / 100.000 = 22.711 dm3/mol at 0 °C and 100 kPa
Vm = 8.3145 × 288.15 / 101.325 = 23.645 dm3/mol at 15 °C and 101.325 kPa
Vm = 8.3145 × 298.15 / 101.325 = 24.466 dm3/mol at 25 °C and 101.325 kPa
Vm = 8.3145 × 298.15 / 100.000 = 24.790 dm3/mol at 25 °C and 100 kPa
Vm = 10.7316 × 519.67 / 14.696 = 379.48 ft3/lbmol at 60 °F and 14.696 psi (or about 0.8366 ft3/gram mole)
Vm = 10.7316 × 519.67 / 14.730 = 378.61 ft3/lbmol at 60 °F and 14.73 psi
Technical literature can be confusing because many authors fail to explain whether they are using the ideal gas constant R, or the specific gas constant Rs. The relationship between the two constants is Rs = R / m, where m is the molecular mass of the gas. The US Standard Atmosphere (USSA) uses 8.31432 m3·Pa/(mol·K) as the value of R. However, the USSA in 1976 does recognize that this value is not consistent with the values of the Avogadro constant and the Boltzmann constant.
Vm = 8.3145 × 273.15 / 101.325 = 22.414 дм³/моль при 0 °C и 101.325 кПа
Vm = 8.3145 × 273.15 / 100.000 = 22.711 дм³/моль при 0 °C и 100 кПа
Vm = 8.3145 × 288.15 / 101.325 = 23.645 дм³/моль при 15 °C и 101.325 кПа
Vm = 8.3145 × 298.15 / 101.325 = 24.466 дм³/моль при 25 °C и 101.325 кПа
Vm = 8.3145 × 298.15 / 100.000 = 24.790 дм³/моль при 25 °C и 100 кПа
Vm = 10.7316 × 519.67 / 14.696 = 379.48 фут³/ль-моль при 60 °F и 14.696 пси (или приблизительно 0.8366 фут³/грамм-моль)
Vm = 10.7316 × 519.67 / 14.730 = 378.61 фут³/ль-моль при 60 °F и 14.73 пси
Vm = 8.3145 × 273.15 / 101.325 = 22.414 dm3/mol at 0 °C and 101.325 kPa
Vm = 8.3145 × 273.15 / 100.000 = 22.711 dm3/mol at 0 °C and 100 kPa
Vm = 8.3145 × 288.15 / 101.325 = 23.645 dm3/mol at 15 °C and 101.325 kPa
Vm = 8.3145 × 298.15 / 101.325 = 24.466 dm3/mol at 25 °C and 101.325 kPa
Vm = 8.3145 × 298.15 / 100.000 = 24.790 dm3/mol at 25 °C and 100 kPa
Vm = 10.7316 × 519.67 / 14.696 = 379.48 ft3/lbmol at 60 °F and 14.696 psi (or about 0.8366 ft3/gram mole)
Vm = 10.7316 × 519.67 / 14.730 = 378.61 ft3/lbmol at 60 °F and 14.73 psi
Technical literature can be confusing because many authors fail to explain whether they are using the ideal gas constant R, or the specific gas constant Rs. The relationship between the two constants is Rs = R / m, where m is the molecular mass of the gas. The US Standard Atmosphere (USSA) uses 8.31432 m3·Pa/(mol·K) as the value of R. However, the USSA in 1976 does recognize that this value is not consistent with the values of the Avogadro constant and the Boltzmann constant.
Техническая литература может быть запутанной, поскольку многие авторы не указывают, используют ли они универсальную газовую постоянную R или удельную газовую постоянную Rs. Связь между этими двумя константами выражается формулой Rs = R / m, где m – молярная масса газа. Стандартная атмосфера США (USSA) использует значение 8.31432 м³·Па/(моль·К) для R. Однако USSA в 1976 году признает, что это значение не согласуется со значениями постоянной Авогадро и постоянной Больцмана.
Vm = 8.3145 × 273.15 / 101.325 = 22.414 dm3/mol at 0 °C and 101.325 kPa
Vm = 8.3145 × 273.15 / 100.000 = 22.711 dm3/mol at 0 °C and 100 kPa
Vm = 8.3145 × 288.15 / 101.325 = 23.645 dm3/mol at 15 °C and 101.325 kPa
Vm = 8.3145 × 298.15 / 101.325 = 24.466 dm3/mol at 25 °C and 101.325 kPa
Vm = 8.3145 × 298.15 / 100.000 = 24.790 dm3/mol at 25 °C and 100 kPa
Vm = 10.7316 × 519.67 / 14.696 = 379.48 ft3/lbmol at 60 °F and 14.696 psi (or about 0.8366 ft3/gram mole)
Vm = 10.7316 × 519.67 / 14.730 = 378.61 ft3/lbmol at 60 °F and 14.73 psi
Technical literature can be confusing because many authors fail to explain whether they are using the ideal gas constant R, or the specific gas constant Rs. The relationship between the two constants is Rs = R / m, where m is the molecular mass of the gas. The US Standard Atmosphere (USSA) uses 8.31432 m3·Pa/(mol·K) as the value of R. However, the USSA in 1976 does recognize that this value is not consistent with the values of the Avogadro constant and the Boltzmann constant.