Ідэальны газ. Раўнанне стану ідэальнага газу. Изопроцессы.

Ідэальны газ, раўнанне стану ідэальнага газу, яго тэмпература і ціск, аб'ём ... спіс параметраў і азначэнняў, якімі аперуюць ў адпаведным раздзеле фізікі, можна працягваць дастаткова доўга. Сёння мы пагаворым як раз на гэтую тэму.

Што разглядаецца ў малекулярнай фізіцы?

Асноўным аб'ектам, які разглядаецца ў гэтым раздзеле, з'яўляецца ідэальны газ. Раўнанне стану ідэальнага газу было атрымана з улікам нармальных умоў навакольнага асяроддзя, і пра гэта мы пагаворым крыху пазней. Зараз давайце падыдзем да гэтай "праблеме" здалёк.

Дапусцім, у нас ёсць некаторая маса газу. Яе стан можна вызначыць пры дапамозе трох параметраў тэрмадынамічнага характару. Гэта, вядома ж, ціск, аб'ём і тэмпература. Раўнаннем стану сістэмы ў гэтым выпадку будзе формула сувязі паміж адпаведнымі параметрамі. Яна выглядае такім чынам: F (p, V, T) = 0.

Вось тут мы ўпершыню паволі падбіраемся да з'яўлення такога паняцця, як ідэальны газ. Ім называецца газ, у якім ўзаемадзеяння паміж малекуламі занядбана малыя. Наогул у прыродзе такога не існуе. Аднак любы моцна разрэджаны газ блізкі да яго. Ад ідэальнага мала чым адрозніваюцца азот, кісларод і паветра, якія знаходзяцца ў нармальных умовах. Каб запісаць раўнанне стану ідэальнага газу, мы можам выкарыстоўваць аб'яднаны газавы закон. Атрымаем: pV / T = const.

Звязанае паняцце № 1: закон Авагадра

Ён можа расказаць нам пра тое, што калі мы возьмем аднолькавая колькасць молей абсалютна любога выпадковага газу і паставім іх у аднолькавыя ўмовы, сярод якіх тэмпература і ціск, то газы зоймуць аднолькавы аб'ём. У прыватнасці, вопыт праводзіўся пры нармальных умовах. Гэта азначае, што тэмпература была роўная 273,15 Кельвіна, ціск - адной атмасферы (760 міліметраў ртутнага слупа ці ж 101.325 Паскаляў). Пры такіх параметрах газ заняў аб'ём роўны 22,4 літра. Такім чынам, мы можам казаць пра тое, што для аднаго молячы любога газу суадносіны лікавых параметраў будзе велічынёй сталай. Менавіта таму было прынята рашэнне гэтай лічбы даць пазначэнне літарай R і назваць яе універсальнай газавай пастаяннай. Такім чынам, яна складае 8,31. Памернасць Дж / моль * К.

Ідэальны газ. Раўнанне стану ідэальнага газу і маніпуляцыі з ім

Давайце паспрабуем перапісаць формулу. Для гэтага запішам яго ў такім выглядзе: pV = RT. Далей здзейснім простае дзеянне, памножым абедзве часткі ўраўненні на адвольную колькасць молей. Атрымаем pVu = uRT. Прымем да ўвагі той факт, што твор малярных аб'ёмаў на колькасць рэчыва ёсць проста аб'ём. Але ж колькасць молей адначасова будзе раўняцца прыватнаму масы і малярнай масы. Менавіта так выглядае раўнанне Мендзялеева-Клапейрона. Яно дае дакладнае паняцце аб тым, якую сістэму ўтварае ідэальны газ. Раўнанне стану ідэальнага газу прыме выгляд: pV = mRT / M.

Выведзем формулу для ціску

Давайце правядзем яшчэ некаторыя маніпуляцыі з атрыманымі выразамі. Для гэтага правую частку ўраўненні Мендзялеева-Клапейрона памножым і падзелім на лік Авагадра. Зараз уважліва глядзім на твор колькасці рэчыва на лік Авагадра. Гэта ёсць не што іншае, як агульная колькасць малекул ў газе. Але ў той жа час стаўленне універсальнай газавай пастаяннай да ліку Авагадра будзе роўна пастаяннай Больцмана. Такім чынам, формулы для ціску можна запісаць такім чынам: p = NkT / V або p = nkT. Тут абазначэнне n гэта канцэнтрацыя часціц.

Працэсы ідэальнага газу

У малекулярнай фізіцы існуе такое паняцце, як изопроцессы. Гэта тэрмадынамічныя працэсы, якія маюць месца ў сістэме пры адным з пастаянных параметраў. Пры гэтым маса рэчывы таксама павінна заставацца сталай. Давайце разгледзім іх больш канкрэтна. Такім чынам, законы ідэальнага газу.

Пастаянным застаецца ціск

Гэта закон Гей-Люссака. Выглядае яна так: V / T = const. Яго можна перапісаць і па-іншаму: V = Vo (1 + at). Тут a раўняецца 1 / 273,15 Да ^ -1 і носіць назву "каэфіцыент аб'ёмнага пашырэння". Мы можам падставіць тэмпературу як па шкале Цэльсія, так і па шкале Кельвіна. У апошнім выпадку атрымаем формулу V = Voat.

Пастаянным застаецца аб'ём

Гэта другі закон Гей-Люссака, больш часта званы законам Шарля. Выглядае яна так: p / T = const. Ёсць і іншая фармулёўка: p = po (1 + at). Пераўтварэнні могуць быць праведзены ў адпаведнасці з папярэднім прыкладам. Як можна бачыць, законы ідэальнага газу часам бываюць досыць падобнымі адзін на аднаго.

Пастаянным застаецца тэмпература

Калі тэмпература ідэальнага газу застаецца велічынёй сталай, то мы можам атрымаць закон Бойля-Мариотта. Ён можа быць запісаны такім чынам: pV = const.

Звязанае паняцце № 2: парцыяльны ціск

Дапусцім, у нас маецца посуд з газамі. Гэта будзе сумесь. Сістэма знаходзіцца ў стане цеплавога раўнавагі, а самі газы паміж сабой не рэагуюць. Тут N будзе пазначаць агульная колькасць малекул. N1, N2 і гэтак далей, адпаведна, колькасць малекул у кожным з кампанентаў наяўнай сумесі. Возьмем формулу ціску p = nkT = NkT / V. Яе можна раскрыць для канкрэтнага выпадку. Для двухкампанентнай сумесі формула прыме выгляд: p = (N1 + N2) kT / V. Але тады атрымаецца, што агульнае ціск будзе падсумоўвацца з прыватных ціскаў кожнай сумесі. А значыць, яно будзе мець выгляд p1 + p2 і гэтак далей. Гэта і будуць парцыяльныя ціску.

Для чаго гэта трэба?

Атрыманая намі формула паказвае на тое, што ціск у сістэме аказваецца з боку кожнай групы малекул. Яно, дарэчы, не залежыць ад іншых. Гэтым скарыстаўся Дальтон пры фармуляванні закона, названага пасля ў яго гонар: у сумесі, дзе газы не рэагуюць паміж сабой хімічна, агульнае ціск будзе роўна суме парцыяльны ціск.