Основи МКТ - Ідеальний газ. Ізопроцеси

Ідеальний газ. Рівняння стану ідеального газу. Ізопроцеси

Ідеальний газ

Фізичні величини, які характеризують властивості та поведінку окремих мікрочастинок речовини, називають мікроскопічними параметрами.

Фізичні величини, які характеризують властивості та поведінку макроскопічних тіл без урахування їх молекулярної будови, називають макроскопічними параметрами.

Ідеальний газ. Це ідеалізоване поняття: сукупність величезної кількості молекул, розмірами яких і взаємодією на відстані можна знехтувати. Єдина їх взаємодія – пружні зіткнення.

При достатньо низькому тиску і високій температурі реальні гази (наприклад, азот) за своїми властивостями близькі до ідеального.

Ідеальний газ. Ідеалізована модель, згідно якої:

Розміри молекул значно менші за відстані між ними – молекули можна вважати матеріальними точками.
Молекули взаємодіють між собою і стінками посудини тільки пружно.

Ідеальними можуть вважатися реальні гази за умов, які мало відрізняються від нормальних.

Тиск газу. Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу

Основне рівняння МКТ ідеального газу.

Припущення: Газ ідеальний, тобто:

Зіткненнями між молекулами можна нехтувати;
Швидкості усіх молекул приблизно однакові;
Усі напрями у просторі (напрями руху молекул) рівноймовірні.

Дає змогу обчислити тиск газу р, якщо відома маса молекули газу т, середнє значення квадрата швидкості молекул та концентрацію молекул п.

З цієї формули можна вивести формули:

Абсолютна шкала температур

Температура – фізична величина, яка характеризує стан теплової рівноваги макроскопічної системи.

Стан теплової рівноваги – це такий стан макроскопічної системи, коли всі макроскопічні параметри системи залишаються незмінними як завгодно довго.

Термодинамічна (або абсолютна температура), Т є єдиною функцією стану термодинамічної системи, яка характеризує напрямок самовільного теплообміну між тілами (системами).

Термодинамічна температура відлічується за абсолютною термодинамічною шкалою (шкалою Кельвіна), яка є основною в системі СІ. Відповідно одиницею температури є кельвін: 1 K.

У 1848 р. видатний англійський фізик Вільям Томсон (лорд Кельвін) (1824–1907) запропонував точку 0 °С температурної шкали Цельсія змістити до 273,15 K, залишивши ціну поділки незмінною.

Cередня кінетична енергія хаотичного руху молекул газу пропорційна абсолютній температурі.

Стала Больцмана – це фундаментальна фізична стала, яка пов’язує температуру в енергетичних одиницях з температурою в кельвінах. Чисельно вона дорівнює зміні кінетичної енергії однієї молекули ідеального газу при зміні температури газу на 1 K. 3

Рівняння стану ідеального газу

Рівняння стану ідеального газу – рівняння Менделєєва - Клапейрона

Рівняння Клапейрона: для даного газу деякої маси відношення добутку тиску на об’єм до температури газу є незмінним.

Добуток числа Авоґадро N_A на сталу Больцмана k називають універсальною газовою сталою.

Ізопроцеси

Процес, у ході якого один із макроскопічних параметрів даного газу деякої маси залишається незмінним, називають ізопроцесом.

Оскільки стан газу визначеної маси характеризується трьома макроскопічними параметрами, то можливих ізопроцесів також три: процес, що відбувається за незмінної температури; процес, що відбуваєтьсяза незмінного тиску; процес, що відбувається за незмінного об’єму.

Ізотермічний процес – процес змінювання стану даного газу деякої маси, що відбувається за незмінної температури.

Закон Бойля - Маріотта: для даного газу деякої маси добуток тиску газу на його об’єм є незмінним, якщо температура газу не змінюється.

Графіки ізотермічних процесів називають ізотермами.

Ізобарний процес – процесзмінювання стану даного газу деякої маси, що відбувається за незмінного тиску.

Закон Ґей-Люссака: для даного газу деякої маси відношення об’єму газу до температури є незмінним, якщо тиск газу не змінюється.

Графіки ізобарних процесів називають ізобарами.

Ізохорний процес – процес змінювання стану даного газу деякої маси, що відбувається за незмінного об’єму.

Закон Шарля: для даного газу деякої маси відношення тиску газу до його температури є незмінним, якщо об’єм газу не змінюється.

Графіки ізохорних процесів називають ізохорами.

Завдання для самостійного дослідження

Властивості газів

Опис

Накачайте молекули газу в ящик і подивиться, що відбувається, коли ви зміните об'єм, додавайте або змінюйте тепло, змінюйте інші параметри. Виміряйте температуру і тиск, і дізнайтеся, як змінюються властивості газу з кожною зміною. Дослідіть гістограми кінетичної енергії і швидкості для легких і важких частинок. Дослідіть дифузію і визначте, як концентрація, температура, маса і радіус впливають на дифузію.

Приклади навчальних цілей

Визначте, як зміна змінних Р, V, N і Т впливає на інші властивості газу.
Опишіть взаємозв'язок між зіткненням частинок і стінкою та тиском.
Прогнозуйте, як зміна температури впливає на швидкість молекул.
Прогнозуйте швидкість молекул у тепловій рівновазі на основі відносної маси молекул.
Визначте, коли робота з об'ємом виконуються газом або над газом.
Поясніть, як змішуються два гази.
Розробіть експеримент, щоб знайти фактори, які впливають на швидкість дифузії.

Page updated

Google Sites

Report abuse