Szabványos nyomás és hőmérséklet

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A kémiában és a fizikai kémiában használjuk a hőmérséklet és a nyomás szabványos értékének fogalmát (angol eredetiben: STP, azaz: standard condition for temperature and pressure), amely ahhoz szükséges, hogy lehetővé váljék az eltérő eredetű kísérleti eredmények összehasonlítása. A legnyagyobb jelentőségű az International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) és a National Institute of Standards and Technology (NIST), habár nem mindegyik nevezhető általánosan elfogadott hivatkozási alapnak. Más intézetek eltérő referenciákat fogalmaztak meg. Aktuálisan az IUPAC szabványa a hőmérsékletre 0 °C (273,15 K, 32 °F), az abszolút nyomásra 100 000 Pa (14,504 psi, 0,986 atm),[1] a NIST viszont 20 °C (293,15 K, 68 °F) hőmérsékletet és 101 325 Pa (14,696 psi, 1 atm) nyomást használ. Az ISO 13553 nemzetközi szabványában földgázra és folyadékokra a 288,15 Kelvin és 101 325 Pa referencia feltételt írja elő. Ipari és kereskedelmi áramlásmérés és fogyasztásmérés szükségessé teszi a referencia feltételek félreértésmentes megadását, habár sok könyv, folyóirat; gépek és berendezések reklámozásánál ezt figyelmen kívül hagyják. Javasolható a térfogatra vonatkozó referencia körülmények jelölése, valahogy így: V(273,15 K, 101 325 Pa)m³. A magyar szóhasználatban az ilyen mennyiségeket normálköbméternek nevezik.

Meghatározások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A múltban[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A 2010 előtti hatvan évben a hivatalos és a tudományos méréseknél, – ha metrikus értékeket használtak, – általában a Celsius, illetve Fahrenheit értékekből, esetleg a technikai atmoszféra értékéből, illetve a torr mértékegységből konvertált számokat használtak 0 °C (273,15 K; 32,00 °F) és 101 325 Pa (1 atm, azaz 760 torr). Éppígy használatosak voltak a brit mértékegységrendszerből származó adatok (Amerikában United States Customary Units néven; Európában Imperial Units[2] néven ismeretes): 60 °F (15,56 °C; 288,71 K) és 14,696 psi (1 atm)[3].

Jelenleg[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A nemzetközi szervezetek különféle definíciókat használnak jelenleg is. Ezek egy része a lenti táblázatban megtalálható; korántsem mindegyik. Az IUPAC 1982-ben áttért a korábbi 0 °C és 101 325 Pa (1 atm) értékről a 0 °C és 100 000 Pa (1 bar) értékre.[4]

További figyelemre méltó esetet mutat az olajipar. A régebben használt 60 °F és 14,696 psi értéket (főként Észak-Amerikában) 60 °F és 14,73 psi értékre változtatták.

Európában és Dél-Amerikában a fölgáz termelő vállalatok a 15 °C (59 °F) and 101 325 Pa (14,696 psi) referenciaértéket használják.[5] [6] [7] Így hát az International Organization for Standardization (ISO)-nak, a United States Environmental Protection Agency (EPA)-nak és a National Institute of Standards and Technology (NIST)-nek többféle definíciót kell értelmeznie.

Az orosz állami szabvány (GOSzT 2939-63) a következő normál állapotot határozza meg: 20 °C (293,15 K), 760 mmHg (101 325 N/m²) és nulla relatív nedvességtartalom [2]

Az SATP (Standars Ambient Temperature and Pressure) értékek – többek között az Egyesült Államok Szabványügyi Intézete (National Bureau of Standards) – által kiadott termodinamikai vonatkozású dokumentumokban 100 000 Pa (1 bar) nyomásra, de különféle hőmérsékletekre vonatkoznak, mint normál állapotra; néhol eltérő relatív nedvességtartalom értékekre.

Jelenleg érvényes szabványos referencia feltételek
Hőmérséklet Abszolút nyomás Relatív nedvességtartalom Intézmény, amelytől a meghatározás származik
°C Pa %
0 100 000   IUPAC (aktuális definíció)[1]
0 101 325   IUPAC (előző definíció),[1] NIST,[8] ISO 10780[9]
15 101 325 0[10][11] ICAO's ISA,[10] ISO 13443,[11] EEA,[12] EGIA[13]
20 101 325   EPA,[14] NIST[15]
25 101 325   EPA[16]
25 100 000   SATP[17]
20 100 000 0 Compressed Air and Gas Institute, CAGI[18]
15 100 000   Society of Petroleum Engineers, SPE[19]
20 101 300 50 ISO 5011[20]
°F psi  %
60 14,696   SPE,[19] U.S. OSHA,[21] SCAQMD[22]
60 14,73   EGIA,[13] OPEC,[23] U.S. Energy Information Administration, EIA[24]
59 14,503 78 U.S. fegyveres erők[25][26]
59 14,696 60 ISO 2314, ISO 3977-2[27]
°F inHg  %
70 29,92 0 Air Movement and Control Association, AMCA,[28][29] a levegő sűrűsége 0,075 lbm/ft³. Ez a szabvány kizárólag levegőre érvényes.
59 (15 °C) 29,92 (101 325 Pa)   FAA, FAA's Pilot Handbook of Aeronautical Knowledge, Chapter 3[30]

Megjegyzések:

  • National Bureau of Standards: Országos Szabványügyi Hivatal (jogutódja a NIST)
  • Society of Petroleum Engineers: Olajipari Mérnökök Társulata
  • Occupational Safety and Health Administration: Munkavédelmi és Munkaegészségügyi Minisztérium
  • Energy Information Administration: Energiaügyi Minisztérium
  • Air Movement and Control Association: Levegő Kezelési és Szállítási Társaság
  • Federal Aviation Administration: Szövetségi Légügyi Hatóság
  • EGIA: Electricity and Gas Inspection Act (of Canada): Elektromos- és gázenergia felügyeleti törvény
  • SATP: Standard Ambient Temperature and Pressure: Szabványos környezeti hőmérsékleti és nyomási értékek
  • Az eredeti nyelvű idézetekben tizedesvessző helyett tizedespont szerepel, ha azt a szöveg teljessége megkívánja

Nemzetközi szabványos atmoszféra[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az aeronautikában és az áramlástanban az "International Standard Atmosphere" (ISA, Nemzetközi Szabványos Atmoszféra) a nyomást, hőmérsékletet, sűrűséget és a hangsebességet a tengerszint feletti magasság függvényében definiálják. Az Egyesült Államokban ezt egészen a 65 000 láb (19812 m) tengerszint feletti nyomásig szabványosították.

Szabványos laboratóriumi körülmények[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ezen a néven nevezik, habár laborról-laborra változó értékeket tapasztalunk. A hőmérséklet például 0 és 25 °C közötti értékű lehet, kulturális szokások, klimatikus körülmények befolyásolják. Új Dél Wales-ben például 25 °C és 100 000 Pa[31]

Az American Society of Tesing and Materials (Anyagok és Anyagvizsgálatok Intézete) ASTM E41 vizsgálati szabványaiban különleges körülményeket is elő szokott írni.

Moláris térfogata[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A moláris térfogat értékének megállapításához feltétlenül rögzíteni kell a referenciafeltételeket, különben félrevezető lehet a gáz térfogatának, vagy térfogatáramának meghatározása tekintetében. A moláris térfogat az egyesített gáztörvényből meghatározható:

p V = n R T, átrendezve:

V_m = \frac{V}{n} = \frac{RT}{p}

ahol

p abszolút nyomás, Pa
n anyagmennyiség, mol
V térfogat, m³
T abszolút hőmérséklet, K
R moláris gázállandó 8,314 4621 J mol−1K−1

Amerikai mérékegységekkel:

P abszolút nomás, psi
n anyagmennyiség lbmol
V = térfogat, ft³/lbmol
T = abszolút hőmérséklet, °R
R = moláris gázállandó, 10.7316 ft³·psi/(lbmol·°R)

A fentiek alapján a következő értékek számíthatóak:

  • V/n = 8,3145 × 273,15 / 101 325 = 0,022 413 968 m³/mol, 0 °C-on és 101.325 kPa[32]
  • V/n = 8,3145 × 273,15 / 100 000 = 0,022 710 953 m³/mol, 0 °C-on és 100 kPa[33]
  • V/n = 8,3145 × 298,15 / 101 325 = 0,024 466 m³/mol, 25 °C-on és 101 325 Pa
  • V/n = 8,3145 × 298,15 / 100 000 = 0,024 790 m³/mol, 25 °C-on és 100 000 Pa
  • V/n = 10,7316 × 519,67 / 14,696 = 379,48 ft³/lbmol, 60 °F-on és 14.696 psi (vagy 0,8366 ft³/gram mol)
  • V/n = 10,7316 × 519,67 / 14,730 = 378,61 ft³/lbmol, 60 °F-on és 14,73 psi

A műszaki irodalomban gyakran összetévesztik a specifikus gázállandót és az univerzális gázállandót. A specifikus gázállandót az M moláris tömeggel számítjuk: R_s=\frac{R}{M}

Az Egyesült Államok szabványos légállapotához a 8,314 4621 m³·Pa/(mol·K) értéket használják.

  • Az lbmol mértékegység fontban adja meg a mól definícióját (0,012 kg szén-12 tömegét).
  • A szilicium moláris térfogata 12,058 833 01m−6m³/mol[34]; a fentivel azonos mértékegységet használva: 0,000 012 058 833 m³/mol

Továbbiak[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. ^ a b c A. D. McNaught, A. Wilkinson. Compendium of Chemical Terminology, The Gold Book, 2nd, Blackwell Science (1997). ISBN 0865426848 „Standard conditions for gases: Temperature, 273.15 K [...] and pressure of 105 pascals. IUPAC recommends that the former use of the pressure of 1 atm as standard pressure (equivalent to 1.01325 × 105 Pa) should be discontinued.”  azaz: nem célszerű a továbbiakban alkalmazni
  2. Weight and Measures Act, 1824
  3. A psi mértékgységet az international avoirdupois pound tömegre ható súlyerőből definiálták, amely 0,453 592 37 kg, pontosan
  4. A. D. McNaught, A. Wilkinson. Compendium of Chemical Terminology, The Gold Book, 2nd, Blackwell Science (1997). ISBN 0865426848 „Standard pressure: Chosen value of pressure denoted by po or p°. 1982-ben az IUPAC javasolta az áttérést a 105 Pa értékre, az előzőleg használt 101 325 Pa (= 1 atm) értékről.” 
  5. Gassco: Concepts – Standard cubic meter (scm). (Hozzáférés: 2008. július 25.) „Scm: The usual abbreviation for standard cubic metre – a cubic metre of gas under a standard condition, defined as an atmospheric pressure of 1.01325 bar and a temperature of 15°C. This unit provides a measure for gas volume.” [halott link]
  6. Nord Stream: Status of the Nord Stream pipeline route in the Baltic Sea, 2007. October. (Hozzáférés: 2008. július 25.) „bcm: Billion Cubic Meter (standard cubic metre – a cubic metre of gas under a standard condition, defined as an atmospheric pressure of 1 atm and a temperature of 15 °C.)” Itt a billion azt jelenti: milliárd
  7. Metrogas: Natural gas purchase and sale agreement, 2004. June. (Hozzáférés: 2008. július 25.) „Natural gas at standard condition shall mean the quantity of natural gas, which at a temperature of fifteen (15) Celsius degrees and a pressure of 101.325 kilopascals occupies the volume of one (1) cubic meter.”
  8. NIST: NIST Standard Reference Database 7 – NIST Electron and Positron Stopping Powers of Materials Database, 1989. (Hozzáférés: 2008. július 25.) „If you want the program to treat the material as an ideal gas, the density will be assumed given by M/V, where M is the gram molecular weight of the gas and V is the mol volume of 22414 cm³ at standard conditions (0 deg C and 1 atm).”
  9. ISO: ISO 10780:1994 : Stationary source emissions - Measurement of velocity and volume flowrate of gas streams in ducts, 1994
  10. ^ a b Robert C. Weast (Editor). Handbook of Physics and Chemistry, 56th, CRC Press, F201–F206. o (1975). ISBN 0-87819-455-X 
  11. ^ a b "Natural gas – Standard reference conditions", ISO 13443, International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland  ISO Standards Catalogue
  12. "Extraction, First Treatment and Loading of Liquid & Gaseous Fossil Fuels", Emission Inventory Guidebook B521, Activities 050201 - 050303, September 1999, European Environmental Agency, Copenhagen, Denmark  Emission Inventory Guidebook
  13. ^ a b "Electricity and Gas Inspection Act", SOR/86-131 (defines a set of standard conditions for Imperial units and a different set for metric units)  Canadian Laws
  14. "Standards of Performance for New Sources", 40 CFR--Protection of the Environment, Chapter I, Part 60, Section 60.2, 1990  New Source Performance Standards
  15. "Design and Uncertainty for a PVTt Gas Flow Standard", Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, Vol.108, Number 1, 2003  NIST Journal
  16. "National Primary and Secondary Ambient Air Quality Standards", 40 CFR--Protection of the Environment, Chapter I, Part 50, Section 50.3, 1998  National Ambient Air Standards
  17. "Table of Chemical Thermodynamic Properties", National Bureau of Standards (NBS), Journal of Physics and Chemical Reference Data, 1982, Vol. 11, Supplement 2.
  18. "Glossary", 2002, Compressed Air and Gas Institute, Cleveland, OH, USA  Glossary
  19. ^ a b The SI Metric System of Units and SPE Metric Standard (Megjegyzések a 2.3 táblázathoz:, a 25-ik oldalon és a 42-ik oldalon két különböző referenciaállapot megjelölésével. Az egyik köbláb, a másik normálköbméter)
  20. "Air Intake Filters", ISO 5011:2002, International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland ISO
  21. "Storage and Handling of Liquefied Petroleum Gases" and "Storage and Handling of Anhydrous Ammonia", 29 CFR--Labor, Chapter XVII--Occupational Safety and Health Administration, Part 1910, Sect. 1910.110 and 1910.111, 1993  Storage/Handling of LPG
  22. "Rule 102, Definition of Terms (Standard Conditions)", Amended December 2004, South Coast Air Quality Management District, Los Angeles, California, USA  SCAQMD Rule 102
  23. "Annual Statistical Bulletin", 2004, Editor-in-chief: Dr. Omar Ibrahim, Organization of the Petroleum Exporting Countries, Vienna, Austria  OPEC Statistical Bulletin
  24. "Natural Gas Annual 2004", DOE/EIA-0131(04), December 2005, U.S. Department of Energy, Energy Information Administration, Washington, D.C., USA  Natural Gas Annual 2004
  25. Sierra Bullets L.P.. Chapter 3 – Effects of Altitude and Atmospheric Conditions, Rifle and Handgun Reloading Manual, 5th Edition "Effects of Altitude and Atmospheric Conditions", Exterior Ballistics Section, Sierra's "Rifle and Handgun Reloading Manual, 5th Edition", Sedalia, MO, USA  Exterior Ballistics
  26. A nyomást 750 mmHg-nél rögzítették, holott a higany sűrűsége hőmérsékletfüggő. Az adatok 0 és 20 °C között szerepelnek.
  27. "Gas turbines – Procurement – Part 2: Standard reference conditions and ratings", ISO 3977-2:1997 and "Gas turbines - Acceptance tests", ISO 2314:1989, Edition 2, International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland ISO
  28. ANSI/AMCA Standard 210, "Laboratory Methods Of Testing Fans for Aerodynamic Performance Rating", as implied here: http://www.greenheck.com/pdf/centrifugal/Plug.pdf when accessed on October 17, 2007
  29. A szabvány 29,92 inHg értéket jelöl meg, a hőmérsékletre való utalás nélkül. A normál légköri nyomás, 101 325 Pa, ~29,921 inHg-be átszámítva 32 °F fokon)
  30. [1] Principles of Flight
  31. Peter Gribbon. Excel HSC Chemistry Pocket Book Years 11-12. Pascal Press (2001). ISBN 1-74020-303-8  Kémiai zsebkönyv
  32. Molar volume of ideal gas. physics.nist.gov, 2011. (Hozzáférés: 2011. június 10.) Idális gáz gázállandója 0 °C-on és 101 325 Pa nyomáson
  33. Molar volume of ideal gas. physics.nist.gov, 2011. (Hozzáférés: 2011. június 10.) Ideális gáz gázállandója 0 °C-on és 100 000 Pa nyomáson
  34. CODATA Value: molar volume of silicon. physics.nist.gov, 2011. (Hozzáférés: 2011. június 10.) A szilicium a kilogramm új definíciója miatt került bele a természeti állandók közé

Külső linkek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]