Standardowe warunki dla temperatury i ciśnienia - Standard conditions for temperature and pressure
Standardowa temperatura i ciśnienie ( STP ) są standardowymi zestawami warunków dla pomiarów eksperymentalnych, które należy ustalić, aby umożliwić dokonywanie porównań między różnymi zestawami danych. Najczęściej stosowanymi normami są normy Międzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) oraz Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST), chociaż nie są to normy powszechnie akceptowane. Inne organizacje ustanowiły różne alternatywne definicje dla swoich standardowych warunków odniesienia.
W chemii IUPAC zmienił definicję standardowej temperatury i ciśnienia w 1982 roku:
- Do 1982 roku STP definiowano jako temperaturę 273,15 K (0 °C, 32 °F) i ciśnienie bezwzględne dokładnie 1 atm (101,325 kPa ).
- Od 1982 STP jest zdefiniowana jako temperatura od 273,15 K (0 ° C, 32 ° C) i pod ciśnieniem bezwzględnym z dokładnie 10 5 Pa (100 kPa, 1 bar ).
STP nie należy mylić ze stanem standardowym powszechnie używanym w termodynamicznych ocenach energii Gibbsa reakcji.
NIST wykorzystuje temperaturę 20 ° C (293,15 K, 68 ° F) i ciśnienie bezwzględne 1 atm (14,696 psi, 101,325 kPa). Ten standard jest również nazywany normalną temperaturą i ciśnieniem (w skrócie NTP ). Jednak powszechna temperatura i ciśnienie stosowane przez NIST w eksperymentach termodynamicznych to 298,15 K (25° C , 77° F ) i 1 bar (14,5038 psi , 100 kPa) . NIST używa również „15°C (60°F)” do kompensacji temperatury rafinowanych produktów naftowych, pomimo odnotowania, że te dwie wartości nie są ze sobą dokładnie zgodne.
Międzynarodowe Standardowe Warunki Metryczne dla gazu ziemnego i podobnych płynów to 288,15 K (15,00 °C; 59,00 °F) i 101,325 kPa.
W przemyśle i handlu , standardowe warunki temperatury i ciśnienia są często niezbędne do określenia standardowych warunków odniesienia do wyrażenia objętości gazów i cieczy oraz powiązanych wielkości, takich jak natężenie przepływu objętościowego (objętości gazów różnią się znacznie w zależności od temperatury i ciśnienia) : standardowe metry sześcienne na sekundę (Sm 3 /s) i normalne metry sześcienne na sekundę (Nm 3 /s).
Jednak wiele publikacji technicznych (książki, czasopisma, reklamy sprzętu i maszyn) po prostu podaje „warunki standardowe” bez ich precyzowania; często zastępując ten termin starszymi „ warunkami normalnymi ” lub „NC”. W szczególnych przypadkach może to prowadzić do zamieszania i błędów. Dobra praktyka zawsze uwzględnia warunki odniesienia temperatury i ciśnienia. Jeśli nie podano inaczej, zakłada się pewne warunki otoczenia w pomieszczeniu, zbliżone do ciśnienia 1 atm, 293 K (20 °C) i 0% wilgotności.
Definicje
Wcześniejsze zastosowania
Przed 1918 r. wielu profesjonalistów i naukowców używających metrycznego systemu jednostek określało standardowe warunki odniesienia temperatury i ciśnienia do wyrażania objętości gazu jako 15 °C (288,15 K; 59,00 °F) i 101,325 kPa (1,00 atm ; 760 Torr ). W tych samych latach najczęściej stosowanymi standardowymi warunkami odniesienia dla osób stosujących systemy imperialne lub amerykańskie były 60°F (15,56°C; 288,71 K) i 14,696 psi (1 atm), ponieważ były one prawie powszechnie stosowane przez olej i przemysłu gazowego na całym świecie. Powyższe definicje nie są już najczęściej używane w obu systemach jednostek.
Obecne wykorzystanie
Wiele różnych definicji standardowych warunków odniesienia jest obecnie stosowanych przez organizacje na całym świecie. W poniższej tabeli wymieniono kilka z nich, ale jest ich więcej. Niektóre z tych organizacji stosowały w przeszłości inne standardy. Na przykład IUPAC od 1982 r. definiuje standardowe warunki odniesienia jako 0 °C i 100 kPa (1 bar), w przeciwieństwie do starego standardu 0 °C i 101,325 kPa (1 atm). Nową wartością jest średnie ciśnienie atmosferyczne na wysokości około 112 metrów, co jest bliższe ogólnoświatowej średniej wysokości zamieszkiwania ludzi (194 m).
Firmy gazownicze w Europie, Australii i Ameryce Południowej przyjęły 15°C (59°F) i 101,325 kPa (14,696 psi) jako standardowe warunki odniesienia objętości gazu, używane jako wartości bazowe do określenia standardowego metra sześciennego . Ponadto Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO), Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych (EPA) oraz Narodowy Instytut Standardów i Technologii (NIST) mają więcej niż jedną definicję standardowych warunków odniesienia w swoich różnych normach i przepisach.
Temperatura | Nacisk |
Wilgotność względna (%) |
Podmiot publikujący lub założycielski | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
°C | °F | kPa | mmHg | psi | inHg | ||
0 | 32 | 100 000 | 750,06 | 14.5038 | 29.530 | IUPAC (STP) od 1982 r. | |
0 | 32 | 101,325 | 760.00 | 14.6959 | 29,921 | NIST , ISO 10780, dawniej IUPAC (STP) do 1982 r. | |
15 | 59 | 101,325 | 760.00 | 14.6959 | 29,921 | 0 | ICAO „s ISA , ISO 13443, EOG , Egia (SI Definition) |
20 | 68 | 101,325 | 760.00 | 14.6959 | 29,921 | EPA , NIST . Nazywa się to również NTP, normalną temperaturą i ciśnieniem. | |
22 | 71,6 | 101,325 | 760.00 | 14.6959 | 29,921 | 20–80 | Amerykańskie Stowarzyszenie Fizyków Medycyny |
25 | 77 | 100 000 | 750,06 | 14.5038 | 29.530 | IUPAC (SATP) | |
25 | 77 | 101,325 | 760.00 | 14.6959 | 29,921 | EPA | |
20 | 68 | 100 000 | 750,06 | 14.5038 | 29.530 | 0 | CAGI |
15 | 59 | 100 000 | 750,06 | 14.5038 | 29.530 | SPE | |
20 | 68 | 101,3 | 760 | 14,69 | 29,9 | 50 | ISO 5011 |
20 | 68 | 101,33 | 760,0 | 14.696 | 29,92 | 0 | GOST 2939-63 |
15,56 | 60 | 101,33 | 760,0 | 14.696 | 29,92 | SPE, US OSHA , SCAQMD | |
15,56 | 60 | 101,6 | 762 | 14.73 | 30,0 | EGIA (definicja systemu imperialnego) | |
15,56 | 60 | 101,35 | 760,21 | 14,7 | 29,93 | US DOT (SCF) | |
15 | 59 | 99,99 | 750,0 | 14.503 | 29,53 | 78 | Standardowe metro armii amerykańskiej |
15 | 59 | 101,33 | 760,0 | 14.696 | 29,92 | 60 | ISO 2314, ISO 3977-2 |
21.11 | 70 | 101,3 | 760 | 14,70 | 29,92 | 0 |
AMCA , gęstość powietrza = 0,075 lbm/ft 3 . Ten standard AMCA dotyczy tylko powietrza; Stowarzyszenie Gazów Sprężonych [CGA] stosuje się do przemysłowego wykorzystania gazów w USA |
15 | 59 | 101,3 | 760 | 14,70 | 29,92 | Federalna Administracja Lotnictwa (FAA) | |
20 | 68 | 101,325 | 760.00 | 14.6959 | 29,921 | 0 | EN 14511-1:2013 |
15 | 59 | 101,325 | 760.00 | 14.6959 | 29,921 | 0 | ISO 2533:1975 ISO 13443:2005, ISO 7504:2015 |
0 | 32 | 101,325 | 760.00 | 14.6959 | 29,921 | 0 | DIN 1343:1990 |
Skróty:
- EGIA: Ustawa o kontroli energii elektrycznej i gazu (Kanada)
- SATP: Standardowa temperatura i ciśnienie otoczenia
- SCF: Standardowa stopa sześcienna
Międzynarodowa atmosfera standardowa
W aeronautyce i dynamice płynów „ Międzynarodowa Atmosfera Standardowa ” (ISA) to specyfikacja ciśnienia, temperatury, gęstości i prędkości dźwięku na każdej wysokości. Międzynarodowa Atmosfera Standardowa jest reprezentatywna dla warunków atmosferycznych na średnich szerokościach geograficznych. W USA informacje te określane są jako amerykańska atmosfera standardowa, która jest identyczna z „międzynarodową atmosferą standardową” na wszystkich wysokościach do 65 000 stóp nad poziomem morza.
Standardowe warunki laboratoryjne
Ponieważ wiele definicji standardowej temperatury i ciśnienia różni się znacznie od standardowych temperatur laboratoryjnych (np. 0 °C w porównaniu do ~25 °C), często odwołuje się do „standardowych warunków laboratoryjnych” (termin celowo wybrany, aby różnił się od terminu „standardowe warunki dla temperatury i ciśnienia”, pomimo swojej semantycznej bliskości identyczności, gdy interpretowane są dosłownie). Jednak to, co jest „standardową” temperaturą i ciśnieniem w laboratorium jest nieuchronnie związane z położeniem geograficznym, biorąc pod uwagę, że różne części świata różnią się klimatem, wysokością i stopniem wykorzystania ciepła/chłodzenia w miejscu pracy. Na przykład szkoły w Nowej Południowej Walii w Australii stosują 25 °C przy 100 kPa w standardowych warunkach laboratoryjnych. ASTM International opublikowała normę ASTM E41 – Terminologia dotycząca kondycjonowania oraz setki specjalnych warunków dla poszczególnych materiałów i metod badawczych . Inne organizacje normalizacyjne również mają specjalistyczne standardowe warunki testowe.
Objętość molowa gazu
Równie ważne jest wskazanie odpowiednich warunków odniesienia temperatury i ciśnienia przy określaniu objętości molowej gazu, jak i przy wyrażaniu objętości gazu lub objętościowego natężenia przepływu. Podanie objętości molowej gazu bez wskazania warunków odniesienia temperatury i ciśnienia ma bardzo małe znaczenie i może powodować zamieszanie.
Objętość molowa gazów wokół STP i przy ciśnieniu atmosferycznym może być obliczona z dokładnością, która jest zwykle wystarczająca, używając równania gazu doskonałego . Objętość molową dowolnego gazu doskonałego można obliczyć w różnych standardowych warunkach odniesienia, jak pokazano poniżej:
- V m = 8,3145 x 273,15 / 101,325 = 22,414 dm 3 / mol, w temperaturze 0 ° C i 101,325 kPa
- V m = 8,3145 x 273,15 / 100,000 = 22,711 dm 3 / mol, w temperaturze 0 ° C i 100 kPa
- V m = 8,3145 x 298,15 / 101,325 = 24,466 dm 3 / mol, w temperaturze 25 ° C i 101,325 kPa
- V m = 8,3145 x 298,15 / 100,000 = 24,790 dm 3 / mol, w temperaturze 25 ° C i 100 kPa
- V m = 10,7316 x 519,67 / 14.696 = 379,48 ft 3 / lbmol w temperaturze 60 ° C i 14.696 psi (lub około 0,8366 ft 3 / g mola)
- V m = 10,7316 x 519,67 / 14,730 = 378,61 ft 3 / lbmol w temperaturze 60 ° C i 14,73 MPa
Literatura techniczna może być mylące, ponieważ wiele autorzy nie wyjaśniają, czy są one za pomocą stała gazowa R , lub specyficzna stała gazowa R s . Związek między tymi dwiema stałymi to R s = R / m , gdzie m jest masą cząsteczkową gazu.
Atmosfera normą USA (USSA) wykorzystuje 8,31432 m 3 · a / (mol • K), a wartości R . Jednak USSA 1976 przyznaje, że ta wartość nie jest zgodna z wartościami stałej Avogadro i stałej Boltzmanna.
Zobacz też
- Komora środowiskowa
- ISO 1 – standardowa temperatura odniesienia dla geometrycznych specyfikacji produktu
- Referencyjny model atmosfery
- Temperatura pokojowa
- Standardowy poziom morza
- Stan standardowy
Notatki wyjaśniające
Bibliografia
Zewnętrzne linki
- „Standardowe warunki dla gazów” ze Złotej Księgi IUPAC .
- „Ciśnienie standardowe” ze Złotej Księgi IUPAC .
- "STP" ze Złotej Księgi IUPAC .
- „Stan standardowy” ze Złotej Księgi IUPAC .