ФІЗИКА

Частина 2 МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА І ТЕРМОДИНАМІКА

 

Розділ 4 ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНО-КІНЕТИЧНОЇ ТЕОРІЇ ГАЗІВ

 

4.4. Ідеальний газ. Закони ідеального газу

 

При вивченні зміни стану важливо встановити зв’язок між різними величинами, що характеризують властивості речовини і називаються параметрами стану. Найважливішими з них є густина (або зв’язаний з нею питомий об'єм, що займає одиниця маси речовини), тиск і температура.

Рівняння, що зв’язує для певної маси речовини об'єм, тиск і температуру, називають термічним рівнянням стану речовини, яке надалі називатимемо рівнянням стану. Запишемо це рівняння у загальному вигляді

Найпростішого вигляду рівняння стану набирає для ідеального газу. Ідеальний газ — це фізична абстракція (модель), яка реально не існує, але з якою порівнюють реальні гази.

Під ідеальним газом розуміють такий газ, у якому частинки між собою на відстані не взаємодіють, а розмірами їх можна нехтувати, тобто вважати, що маса їх зосереджена в точці. Реальні гази поводять себе як ідеальний газ при високих температурах й малих тисках. Однак практично деякі гази навіть при атмосферному тиску і кімнатній температурі в першому наближенні можна характеризувати законами ідеального газу. Закони ідеального газу виведені для незмінної маси газу.

Закон Бойля — Маріотта справедливий за сталої температури (ізотермічний процес):

Закон Гей-Люссака передає залежність об’єму газу від температури при сталому тиску (ізобарний процес):

де α = 1/273 К-1термічний коефіцієнт об’ємного розширення.

Закон Шарля характеризує залежність тиску газу від температури при сталому об’ємі (ізохорний процес):

Аналізуючи рівняння (4.2)—(4.4), можна дістати об’єднаний газовий закон:

Фізичний зміст цієї формули такий: якщо помістити газ у закриту посудину, об’єм якої можна змінювати, наприклад у циліндр з поршнем, то при довільній зміні об’єму й температури тиск змінюватиметься так, що відношення добутку тиску на об’єм до абсолютної температури дорівнюватиме деякій сталій величині. Ця величина, як показує досвід, залежить від маси газу.

Для грам-моля будь-якого газу це відношення буде таким:

де R — універсальна газова стала [(в СІ R - 8,31 Дж/(моль К), в системі СГС R = 8,31 107 ерг/ (моль К)].

Рівняння (4.6) називають рівнянням Менделєєва — Клапейрона. Найбільш загальна форма цього рівняння для довільної маси газу m така:

де μ — молярна маса газу; n — число молів газу.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити