Perfektný plyn. Rovnica stavu ideálneho plynu. Izoprotsessy.

Ideálny plyn, rovnica stavu ideálneho plynu, jeho teplota a tlak, objem ... zoznam parametrov a definícií, ktoré fungujú v príslušnej časti fyziky, môže pokračovať dlhú dobu. Dnes budeme hovoriť len o tejto téme.

Čo sa uvažuje v molekulárnej fyzike?

Hlavným objektom, ktorý je v tejto časti považovaný, je ideálny plyn. Rovnica stavu ideálneho plynu bola získaná s prihliadnutím na normálne podmienky prostredia a o tom o trochu neskôr budeme hovoriť. Teraz sa pozrime na tento "problém" z diaľky.

Povedzme, že máme nejaké množstvo plynu. Jeho stav možno určiť pomocou troch termodynamických parametrov. To je samozrejme tlak, objem a teplota. Rovnica stavu systému v tomto prípade je vzorec vzťahov medzi zodpovedajúcimi parametrami. Vyzerá to takto: F (p, V, T) = 0.

Tu sa po prvýkrát pomaly približujeme k takémuto konceptu ako k ideálnemu plynu. Je to plyn, v ktorom sú interakcie medzi molekulami zanedbateľné. Vo všeobecnosti to vo svojej podstate neexistuje. Avšak, akýkoľvek vysoko vzácny plyn je blízko k nemu. Z ideálu existuje malý rozdiel medzi dusíkom, kyslíkom a vzduchom, ktoré sú v normálnych podmienkach. Ak chceme napísať rovnicu stavu ideálneho plynu, môžeme použiť kombinovaný zákon o plyne. Získame: pV / T = const.

Súvisiace poňatie číslo 1: Avogadrov zákon

Môže nám povedať, že ak vezmeme rovnaký počet močov absolútne ľubovoľného plynu a dáme ich do rovnakých podmienok, medzi ktoré patrí teplota a tlak, plyny budú obsadené rovnakým objemom. Konkrétne bol experiment uskutočnený za normálnych podmienok. To znamená, že teplota bola 273,15 Kelvín, tlak - jedna atmosféra (760 milimetrov ortuti alebo 101325 Pascal). Pri týchto parametroch plyn obsadil objem rovný 22,4 litrom. Preto môžeme povedať, že pre jeden mól akéhokoľvek plynu bude pomer číselných parametrov konštantný. Preto bolo rozhodnuté uviesť toto číslo označenie písmenom R a nazvať ho univerzálnou plynovou konštantou. To sa rovná 8,31. Rozmer J / mol * K.

Perfektný plyn. Rovnica stavu ideálneho plynu a jeho manipulácia

Pokúsme sa prepísať vzorec. Za týmto účelom napíšte v tejto forme: pV = RT. Ďalej vykonávame jednoduchú akciu, násobíme obe strany rovnice ľubovoľným počtom krtkov. Získame pVu = uRT. Zoberme do úvahy skutočnosť, že produkt molárneho objemu podľa množstva hmoty je jednoducho objem. Ale počet krtkov v rovnakom čase sa bude rovnať súkromnej hmotnosti a molovej hmotnosti. Takto vyzerá rovnica Mendeleev-Clapeyron. Dáva jasnú predstavu o tom, ktorý systém predstavuje ideálny plyn. Rovnica stavu ideálneho plynu má tvar: pV = mRT / M.

Odvodíme vzorec pre tlak

Urobme niekoľko manipulácií s výrazmi. Za týmto účelom vynásobíme pravú stranu rovnice Mendeleev-Clapeyron a rozdelíme číslo Avogadro. Teraz sa pozeráme pozorne na výsledok množstva hmoty na čísle Avogadrova. To nie je nič viac ako celkový počet molekúl v plyne. Zároveň sa však pomer univerzálnej plynovej konštanty k Avogadrovej hodnote rovná Boltzmannovo konštanty. Následne môžu byť vzorce pre tlak napísané nasledovne: p = NkT / V alebo p = nkT. Tu je zápis n koncentráciou častíc.

Ideálne plynové procesy

V molekulárnej fyzike existuje taká vec, akou sú izoprocesy. Toto sú termodynamické procesy, ktoré prebiehajú v systéme s jedným z konštantných parametrov. V tomto prípade musí hmotnosť látky zostať aj konštantná. Pozrime sa na ne konkrétnejšie. Takže zákony ideálneho plynu.

Tlak zostáva konštantný

Toto je zákon Gay-Lussac. Vyzerá to takto: V / T = const. Môže sa tiež prepísať iným spôsobom: V = Vo (1 + at). Tu sa rovná 1 / 273,15 K ^ -1 a nazýva sa "koeficientom objemovej expanzie". Môžeme nahradiť teplotu ako v stupňoch Celzia, tak v stupnici Kelvina. V druhom prípade získame vzorec V = Voat.

Objem zostáva konštantný

Toto je druhý zákon Gay-Lussac, častejšie nazývaný zákonom Charlesa. Vyzerá to takto: p / T = const. Existuje ďalšia formulácia: p = po (1 + at). Transformácie sa môžu uskutočniť v súlade s predchádzajúcim príkladom. Ako možno vidieť, zákony ideálneho plynu sú niekedy veľmi podobné.

Teplota zostáva konštantná

Ak teplota ideálneho plynu zostane konštantná, môžeme získať zákon Boyle-Mariotte. Môže byť napísaný takto: pV = const.

Súvisiaci pojem č. 2: parciálny tlak

Predpokladajme, že máme nádobu s plynom. Bude to zmes. Systém je v stave tepelnej rovnováhy a samotné plyny nereagujú navzájom. Tu N bude znamenať celkový počet molekúl. N1, N2 a tak ďalej, počet molekúl v každej zo zložiek dostupnej zmesi. Zoberieme tlakový vzorec p = nkT = NkT / V. Môže byť otvorený pre konkrétny prípad. Pre dvojzložkovú zmes má vzorec formu: p = (N1 + N2) kT / V. Ale potom sa ukazuje, že celkový tlak bude zhrnutý z parciálnych tlakov každej zmesi. Takže bude mať formu p1 + p2 a tak ďalej. Bude to čiastočné tlaky.

Na čo to je?

Vzorec, ktorý sme získali, ukazuje, že tlak v systéme je na strane každej skupiny molekúl. Mimochodom, to nezávisí od ostatných. Dalton to použil pri formulovaní zákona, pomenovaného podľa neho v jeho cti: v zmesi, kde plyny nereagujú chemicky, celkový tlak sa rovná súčtu parciálnych tlakov.