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:

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.

Standardowe warunki odniesienia w obecnym użytkowaniu
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 płynówMiędzynarodowa 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

Notatki wyjaśniające

Bibliografia

Zewnętrzne linki