Ще один мій переклад збірної стаття, який я робив для себе досить давно, але, думаю, стаття може стати в нагоді.
Отже, тема статті - зв'язок між швидкістю снаряда в пневматичній зброї, тиском газу і температури, підкріплена експериментами.
Нові балончики СО2 містять суміш з рідкого і газоподібного діоксиду вуглецю. Тиск газоподібного СО2, який знаходиться над рідким СО2 називають насиченою парою.
Ця пара знаходиться в термодинамічній рівновазі з рідким СО2, а його тиск залежить від температури.

Довідка: Термодинамічна рівновага - стан системи, при якому залишаються незмінними за часом макроскопічні величини цієї системи (температура, тиск, об'єм, ентропія) в умовах ізольованості від навколишнього середовища.

При будь-якій температурі тиск пари залишається постійним, але тільки до тих пір, поки в балончику присутній рідкий СО2. При витрачанні порції газоподібного СО2 відбувається миттєве відновлення - перехід рідкого СО2 в газоподібну форму, і тиск в балончику відновлюється.

Наступний графік наочно демонструє залежність тиску всередині балона від температури і об'єму:

(Граф. 1: Тиск пара в залежності від температури СО2 як функції від% СО2 в балоні. За 100% балона прийнято 673 м / л.)

(Граф. 2: Тиск газу в залежності від температури діоксиду вуглецю.)

Коли пістолет, джерелом живлення якого є CO2, стріляє, випуск газу з балона викликає падіння температури вмісту балончика за рахунок втрати молекул з найбільшою кінетичною енергією. Це призводить і до зниження середньої кінетичної енергії інших молекул, ми ж можемо спостерігати цей процес у вигляді зниження температури. Зниження температури, в свою чергу, призводить до зниження тиску газу. Крім того, швидко розширюється СО2, що виривається через горловину балончика, піддається ефекту Джоуля-Томсона, внаслідок чого охолоджується область навколо горловини, в тому числі клапан пістолета і сам балончик.

Довідка: Ефектом Джоуля - Томсона називається зміна температури газу при адіабатичному дроселюванні - повільному протіканні газу під дією постійного перепаду тисків крізь дросель (пористу перегородку). Даний ефект є одним з методів отримання низьких температур.

Якщо зробити кілька пострілів підряд, то кожен наступний постріл буде характеризуватися все меншою швидкістю кулі, так як тиск в балончику, необхідне для розгону кулі, буде зменшуватися за рахунок охолодження балончика (а точніше його вмісту). Якщо ж постріли робити з більш довгим часовим інтервалом, то балончик зможе встигати поглинати енергію навколишнього середовища (зігріватися) і це призведе до збільшення тиску - куля буде набирати велику швидкість, ніж у випадку з пострілами підряд. Якщо балончика дати час нагрітися до своєї первісної температури, то тиск газу в балончику також повернеться до початкового значення, а значить, і куля буде набирати максимальну швидкість.

Як тільки рідкий СО2 був повністю витрачений і в балончику залишився тільки газоподібний СО2, тиск СО2 буде підкорятися управління ідеального газу (P = nRT / V). У цей момент тиск перестає вирівнюватися за рахунок рідкого СО2 і неухильно зменшується з кожним пострілом (n - кількість речовини, зменшується).

Довідка: Рівняння стану ідеального газу (іноді рівняння Клапейрона або рівняння Менделєєва - Клапейрона) - формула, що встановлює залежність між тиском, молярним об'ємом і абсолютною температурою ідеального газу. Рівняння має вигляд:
pV = nRT, де
n - кількість речовини,
p - тиск,
V - об'єм,
R - універсальна газова постійна
T - абсолютна температура, К.

Наступні діаграми показують зв'язок між температурою, швидкістю кулі і частотою пострілів. Експерименти проводилися з використанням пістолета Daisy 617X, балончиків від компанії Crosman і куль Gamo Match. Заміри температури в залежності від часу проводилися за допомогою термістора, дані з якого надходили в реальному часі в MicroLab.

(Граф. 3: Стрільба одиночним пострілом з очікуванням відновлення температури)

В цьому експерименті я робив одиночний постріл, потім чекав трохи, щоб температура відновилася, а потім знову робив постріл. З експерименту видно, що температура балончика повернеться до свого первісного значення приблизно за 3 хвилини після першого пострілу. Після відновлення температури, відновлюється і швидкість кулі. Зверніть увагу на те, що максимально падіння температури балончика сталося приблизно через одну хвилину після пострілу, і максимальний перепад температур склав 0,24? C.

(Граф. 4: Серія пострілів з інтервалом в одну хвилину)

В цьому експерименті серія пострілів робилася з інтервалом в одну хвилину протягом трьох хвилин. Зниження швидкості кулі не так виражено, так як балончик між пострілами трохи відновлює температуру. Зверніть увагу, що протягом однієї хвилини після пострілу балончик знову нагрівається. В цілому зниження температури склало 0,32? C.

(Граф. 5: Серія пострілів з інтервалом 15 секунд)

В цьому експерименті я провів серію пострілів з інтервалом 15 секунд протягом 75 секунд. З таким коротким інтервалом між пострілами балончик не встигає нагріватися. Максимальне падіння температури за 75 секунд склало 0,45? C.

(Граф. 6: Темпова стрілянина - 1 постріл в секунду)

Даний графік ілюструє наслідки стрілянини з темпом 1 постріл в секунду. Як видно з графіка, спостерігається значно падіння швидкості кулі (близько 30 fps) і температури. Тепер, щоб температура балончика відновилася, необхідно набагато більше трьох хвилин.

Тепер ви наочно побачили зв'язок між швидкістю кулі, температурою і тиском СО2, а також дізналися про причини забезпечують даний зв'язок. На цьому все, читайте мої інші статті і ставте лайки, спасибі за увагу і прочитання багато букв!

PS: Доповнення до «Зв'язок між швидкістю кулі, температурою і тиском СО2» - читаємо графік залежностей

Інші мої статті:
Пневматичний Англо-Русский, Російсько-Англійський словничок
Вуглекислота в пневматику: зв'язок між швидкістю кулі, температурою і тиском СО2
Чи можна зберігати пневматична зброя з балончиками CO2 всередині?
Огляд пневматичної гвинтівки XTSG XT-501
Огляди на майбутнє: пневматичний пістолет Valtro Airgun 92
CyberGun GSG 92 - можливість ведення автоматичного вогню