Баллончики co2 для пневматики.

Еще один мой перевод сборной статья, который я делал для себя довольно давно, но, думаю, статья может пригодиться.

Итак, тема статьи – связь между скоростью снаряда в пневматическом оружии, давлением газа и температуры, подкрепленная экспериментами.

Новые баллончики СО2 содержат смесь из жидкого и газообразного диоксида углерода. Давление газообразного СО2, который находится над жидким СО2 называют насыщенным паром.

Этот пар находится в термодинамическом равновесии с жидким СО2, а его давление зависит от температуры.
 

При любой температуре давление пара остается постоянным, но только до тех пор, пока в баллончике присутствует жидкий СО2. При расходовании порции газообразного СО2 происходит мгновенное восстановление – переход жидкого СО2 в газообразную форму, и давление в баллончике восстанавливается.

Следующий график наглядно демонстрирует зависимость давления внутри баллона от температуры и объема:

(Граф. 1: Давление пара в зависимости от температуры СО2 как функции от % СО2 в баллоне. За 100% баллона принято 673 г./л.)

(Граф. 2: Давление газа в зависимости от температуры диоксида углерода.)

Когда пистолет, источником питания которого является CO2, стреляет, выпуск газа из баллона вызывает падение температуры содержимого баллончика за счет потери молекул с наибольшей кинетической энергией. Это приводит и к снижению средней кинетической энергии остальных молекул, мы же можем наблюдать данный процесс в виде снижения температуры. Снижение температуры, в свою очередь, приводит к понижению давления газа. Кроме того, быстро расширяющийся СО2, вырывающийся через горловину баллончика, подвергается эффекту Джоуля-Томсона, вследствие чего охлаждается область вокруг горловины, в том числе клапан пистолета и сам баллончик.

Если произвести несколько выстрелов подряд, то каждый последующий выстрел будет характеризоваться все меньшей скоростью пули, так как давление в баллончике, необходимое для разгона пули, будет уменьшаться за счет охлаждения баллончика (а точнее его содержимого). Если же выстрелы делать с более длинным временным интервалом, то баллончик сможет успевать поглощать энергию окружающей среды (согреваться) и это приведет к увеличению давления – пуля будет набирать большую скорость, нежели в случае с выстрелами подряд. Если баллончику дать время нагреться до своей первоначальной температуры, то давление газа в баллончике также вернется к первоначальному значению, а значит, и пуля будет набирать максимальную скорость.

Как только жидкий СО2 был полностью израсходован и в баллончике остался только газообразный СО2, давление СО2 будет подчиняться управлению идеального газа (P=nRT/V). В этот момент давление перестает выравниваться за счет жидкого СО2 и неуклонно уменьшается с каждым выстрелом (n – кол-во вещества, уменьшается).

Следующие диаграммы показывают связь между температурой, скоростью пули и частотой выстрелов. Эксперименты проводились с использованием пистолета Daisy 617X, баллончиков от компании Crosman и пуль Gamo Match. Замеры температуры в зависимости от времени проводились с помощью термистора, данные с которого поступали в реальном времени в MicroLab.

(Граф. 3: Стрельба одиночным выстрелом с ожиданием восстановления температуры)

В этом эксперименте я делал одиночный выстрел, затем ждал немного, чтобы температура восстановилась, а потом снова делал выстрел. Из эксперимента видно, что температура баллончика вернется к своему первоначальному значению примерно за 3 минуты после первого выстрела. После восстановления температуры, восстанавливается и скорость пули. Обратите внимание на то, что максимально падение температуры баллончика произошло примерно через одну минуту после выстрела, и максимальный перепад температур составил 0,24 ?C.

(Граф. 4: Серия выстрелов с интервалом в одну минуту)

В этом эксперименте серия выстрелов делалась с интервалом в одну минуту в течение трех минут. Снижение скорости пули не так выражено, так как баллончик между выстрелами немного восстанавливает температуру. Обратите внимание, что в течение одной минуты после выстрела баллончик снова нагревается. В целом снижение температуры составило 0,32 ?C.

(Граф. 5: Серия выстрелов с интервалом 15 секунд)

В этом эксперименте я провел серию выстрелов с интервалом 15 секунд в течение 75 секунд. С таким коротким интервалом между выстрелами баллончик не успевает нагреваться. Максимальное падение температуры за 75 секунд составило 0,45 ?C.

(Граф. 6: Темповая стрельба - 1 выстрел в секунду)

Данный график иллюстрирует последствия стрельбы с темпом 1 выстрел в секунду. Как видно из графика, наблюдается значительно падение скорости пули (около 30 fps) и температуры. Теперь, чтобы температура баллончика восстановилась, необходимо намного больше трех минут.

Теперь вы наглядно увидели связь между скоростью пули, температурой и давлением СО2, а также узнали о причинах обеспечивающих данную связь. На этом все, читайте мои другие статьи и ставьте лайки, спасибо за внимание и прочтение много букв!
 

P.S.: Дополнение к «Связь между скоростью пули, температурой и давлением СО2» – читаем график зависимостей

Другие мои статьи:
Пневматический Англо-Русский, Русско-Английский словарик
Углекислота в пневматике: связь между скоростью пули, температурой и давлением СО2
Можно ли хранить пневматическое оружие с баллончиками CO2 внутри?
Обзор пневматической винтовки XTSG XT-501
Обзоры на будущее: пневматический пистолет Valtro Airgun 92
CyberGun GSG 92 - возможность ведения автоматического огня