XII. Halmazállapotok Vasgőz és szilárd levegő Nem furcsa ez a szóösszetétel? Ez azonban egyáltalán nem nonszensz: vasgőz és szilárd levegő is létezik a természetben, de nem hétköznapi körülmények között, milyen körülményekről beszélünk? Az anyag halmazállapota meghatározott

Vegyünk egy bizonyos mennyiségű, meghatározott kémiai összetételű gázt, például nitrogént, oxigént vagy levegőt, és zárjuk be egy edénybe, amelynek térfogata saját belátásunk szerint változtatható. Tételezzük fel, hogy van egy nyomásmérőnk, azaz egy gáznyomást mérő készülékünk és egy hőmérőnk a hőmérséklet mérésére. A tapasztalatok azt mutatják, hogy a felsorolt ​​makroszkopikus paraméterek teljes mértékben jellemzik a gázt, mint termodinamikai rendszert abban az esetben, ha ez a gáz semleges molekulákból áll, amelyek nem rendelkeznek saját dipólusmomentummal.

Termodinamikai egyensúlyi állapotban ezek a paraméterek nem mindegyike független, és egy állapotegyenlet köti össze őket. Ennek az egyenletnek a megszerzéséhez a következőt kell használnia

a gáz viselkedésének kísérletileg megállapított mintái, amikor bármilyen külső paraméter megváltozik.

Az edényben lévő gáz egy egyszerű termodinamikai rendszer. Először is tegyük fel, hogy sem a gáz mennyisége, sem kémiai összetétele nem változik a kísérlet során, ezért csak három makroszkopikus paraméterről lesz szó - nyomásról, térfogatról V és hőmérsékletről. Az ezeket a paramétereket összekötő minták megállapításához célszerű a az egyik paraméter értékét, és figyelje a másik két paraméter változásait. Feltételezzük, hogy az általunk a gázban előidézett változások olyan lassan mennek végbe, hogy a termodinamikai egyensúlyi állapotban lévő gáz egészét jellemző makroszkopikus paraméterek bármely pillanatban nagyon határozott értékkel bírnak.

Izofolyamatok. Mint már említettük, bármely nem egyensúlyi állapotból a termodinamikai rendszer bizonyos idő elteltével egyensúlyi állapotba kerül - ez a relaxációs idő. Ahhoz, hogy a makroszkopikus paraméterek jól definiált értékei legyenek a rendszerben végbemenő változások során, ezeknek a változásoknak a jellemző idejének jóval hosszabbnak kell lennie, mint a relaxációs időnek. Ez a feltétel korlátozza a gázban a folyamat megengedett sebességét, amelynél a makroszkopikus paraméterek megtartják jelentésüket.

Azokat a folyamatokat, amelyek valamelyik paraméter állandó értékével fordulnak elő, általában izofolyamatoknak nevezik. Így az állandó hőmérsékleten végbemenő folyamatot izotermnek, állandó térfogaton - izokórnak (izokórnak), állandó nyomáson - izobárnak (izobárnak) nevezzük.

Boyle-Marriott törvény. Történelmileg a gázban zajló izoterm folyamat volt az első, amelyet kísérletileg vizsgáltak. R. Boyle angol fizikus és tőle függetlenül E. Mariotte francia fizikus felállította a nyomásváltozással járó térfogatváltozás törvényét: bármely gáz adott mennyiségénél állandó hőmérsékleten a térfogat fordítottan arányos a nyomással. Általában a Boyle-Mariotte törvényt a formában írják

Az állandó hőmérséklet fenntartása érdekében a vizsgált gáznak jó hőkapcsolatban kell lennie a környezettel, amelynek hőmérséklete állandó. Ebben az esetben a gázról azt mondják, hogy egy termosztáttal érintkezik - egy nagy termikus tározóval, amelynek állapotát nem befolyásolja a vizsgált gázban bekövetkező semmilyen változás.

A Boyle-Marriott törvény minden gázra és keverékeikre érvényes, széles hőmérséklet- és nyomástartományban. Eltérések a

Ennek a törvénynek a hatása csak a légköri nyomásnál több százszor nagyobb nyomáson és kellően alacsony hőmérsékleten válik jelentőssé.

A Boyle-Mariotte törvény érvényességét nagyon egyszerű eszközökkel ellenőrizheti. Ehhez elég az egyik végén lezárt üvegcső, amelyben egy higanyoszlop bizonyos mennyiségű levegőt zár (Melde cső). A levegő térfogata vonalzóval mérhető a csőben lévő légoszlop hosszában (45. ábra), a nyomás pedig a higanyoszlop magassága alapján ítélhető meg a cső különböző tájolásainál a gravitációs térben.

A gáz állapotában bekövetkező változások és a vele zajló folyamatok vizuális ábrázolásához kényelmes az úgynevezett -diagramok használata, ahol a térfogatértékek az abszcissza tengely mentén, a nyomásértékek pedig az ordináta mentén vannak ábrázolva. tengely. Az izoterm folyamatnak megfelelő -diagram görbéjét izotermának nevezzük.

Rizs. 45. A legegyszerűbb eszköz a Boyle-Mariotte törvény tesztelésére (Melde cső)

Rizs. 46. ​​Gázizotermák a -diagramon

Amint a Boyle-Mariotte törvényből következik, a gázizotermák hiperbolák (46. ábra). Minél magasabb a hőmérséklet, annál távolabb helyezkedik el a megfelelő izoterma a koordinátatengelyektől.

Károly törvénye. A gáznyomás állandó térfogatú hőmérséklettől való függését J. Charles francia fizikus kísérletileg megállapította. Charles törvénye szerint a gáznyomás állandó térfogat mellett lineárisan függ a hőmérséklettől:

hol a gáznyomás O°C-on. Kiderül, hogy az a nyomás hőmérsékleti együtthatója minden gázra azonos és egyenlő

Meleg-Lussac törvénye. A gáztérfogat hőmérséklettől való függése állandó nyomáson hasonló formát mutat. Ezt Gay-Lussac francia fizikus állapította meg kísérletileg, aki megállapította, hogy a hőmérsékleti tágulási együttható minden gáz esetében azonos. Ennek az együtthatónak az értéke megegyezik a Károly-törvényben szereplő a együtthatóval. Így a Gay-Lussac-törvény így írható fel

hol a gáz térfogata O°C-on.

A hőmérsékleti együtthatók egybeesése Charles és Gay-Lussac törvényeiben nem véletlen, és azt jelzi, hogy ezek a kísérleti úton megállapított gáztörvények nem függetlenek. Az alábbiakban erről részletesebben is kitérünk.

Gáz hőmérő. Az a tény, hogy a nyomás vagy a térfogat hőmérséklettől való függése, amelyet Charles és Gay-Lussac törvényei fejeznek ki, minden gáz esetében azonos, különösen kényelmessé teszi a gáz hőmérős testként történő kiválasztását. Bár a gyakorlatban kényelmetlen a gázhőmérők használata terjedelmük és hőtehetetlenségük miatt, más, gyakorlati alkalmazásokhoz kényelmesebb hőmérők kalibrálására használják őket.

Kelvin skála. A nyomás vagy térfogat függése a hőmérséklettől Charles és Gay-Lussac törvényében még egyszerűbbé válik, ha egy új hőmérsékleti skálára lépünk, amely megköveteli, hogy a lineáris függés egyenes arányossá váljon.

Ha ábrázoljuk a gáztérfogat hőmérséklettől való függését a (3) képlettel (47. ábra), és a grafikont balra folytatjuk, amíg az nem metszi a hőmérsékleti tengellyel, könnyen ellenőrizhető, hogy a grafikon folytatása metszi-e a Γ tengelyt. óta egyenlő hőmérsékleti értéknél Erre a pontra kell elhelyezni az új hőmérsékleti skála elejét, így a (2) és (3) egyenlet egyenes arányosságként írható fel. Ezt a pontot abszolút nulla hőmérsékletnek nevezzük. Az új skála skáláját, azaz a hőmérsékleti mértékegységet ugyanúgy választjuk ki, mint a Celsius-skálán. Az új hőmérsékleti skálán a nulla Celsius-fok egy fokos hőmérsékletnek felel meg (pontosabban 273,15), és minden más T hőmérséklet a Celsius-skála megfelelő hőmérsékletéhez kapcsolódik az összefüggés alapján.

Az itt bemutatott hőmérsékleti skálát Kelvin-skálának, a Celsius-skála fokával megegyező mértékegységet pedig kelvinnek nevezik, és a K betű szimbolizálja. Ezt a skálát néha nemzetközi gyakorlati hőmérsékleti skálának is nevezik.

A Kelvin-hőmérséklet-skála használatakor a Gay-Lussac-törvény grafikonja az ábrán látható alakot ölti. 48, és a (2) és (3) képlet alakba írható

Rizs. 47. A gáztérfogat hőmérséklettől való függése állandó nyomáson Gay-Lussac törvényével kifejezve

Rizs. 48. Gay-Lussac törvényének grafikonja a Kelvin hőmérsékleti skálán

ábra szerinti grafikon meredekségét a (6)-ban szereplő arányossági együttható jellemzi. 48.

A gázállapot egyenlete. A kísérleti gáztörvények lehetővé teszik a gáz állapotegyenletének felállítását. Ehhez elegendő a megadott törvények közül bármelyik kettőt használni. Legyen egy bizonyos mennyiségű gáz térfogatnyomású és hőmérsékletű állapotba. Vigyük át egy másik (köztes) állapotba, amelyet ugyanaz a hőmérséklet és néhány új térfogat V és nyomás jellemez. a Boyle-Mariotte törvény tehát teljesül

Most vigyük át a gázt a köztes állapotból a végállapotba, ugyanazzal a térfogati értékkel, mint a közbenső állapotban, és bizonyos nyomás- és hőmérsékletértékekkel

mivel (7)-ből behelyettesítve és figyelembe véve, hogy végül megkapjuk

Mindhárom makroszkopikus paramétert és T-t megváltoztattuk, de a (9) összefüggés azt mutatja, hogy adott gázmennyiség (mólszám) esetén a paraméterek kombinációja azonos értékű, függetlenül attól, hogy milyen állapotban van ez a gáz. hogy a (9) egyenlet egy gáz állapotegyenlete Clapeyron-egyenletnek nevezzük.

A (9) egyenlet fenti levezetésében a Gay-Lussac törvényt nem alkalmaztuk. Könnyen belátható azonban, hogy mindhárom gáztörvényt tartalmazza. Valóban, ha feltételezzük, hogy egy izobár folyamatra megkapjuk azt az összefüggést, amely megfelel a Gay-Lussac törvénynek.

Mengyelejev-Clapeyron egyenlet. Vegyünk egy mól gázt normál körülmények között, azaz normál légköri nyomáson. Az Avogadro kísérleti úton megállapított törvényének megfelelően bármely gáz (hélium, nitrogén, oxigén stb.) egy mólja normál körülmények között ugyanannyi liter térfogatot foglal el. Ezért bármely gáz egy móljára az univerzális gázállandónak (vagy moláris gázállandónak) nevezett kombináció azonos értékű:

A (10) figyelembe vételével bármely gáz egy móljának állapotegyenlete felírható alakba

A (11) egyenlet könnyen általánosítható tetszőleges mennyiségű gázra. Mivel azonos hőmérsékleti és nyomásértékek mellett a gázmólok térfogata nagyobb, mint 1 mol, akkor

Ebben a formában a gáz állapotegyenletét először az orosz tudós, D. I. Mengyelejev szerezte meg. Ezért Mengyelejev-Clapeyron egyenletnek nevezik.

Ideális gáz. A (11) vagy (12) gázállapotegyenletet kísérletileg megállapított gáztörvények alapján kaptuk meg. Ezek a törvények megközelítőleg teljesülnek: alkalmazhatóságuk feltételei

különböző gázokhoz. Például a héliumra szélesebb hőmérséklet- és nyomástartományban érvényesek, mint a szén-dioxidra. A közelítő gáztörvényekből kapott állapotegyenlet is közelítő.

Mutassunk be egy fizikai modellt – egy ideális gázt. Ez alatt olyan rendszert értünk, amelyre a (11) vagy (12) egyenlet pontos. Az ideális gáz figyelemre méltó tulajdonsága, hogy belső energiája arányos az abszolút hőmérséklettel, és nem függ a gáz által elfoglalt térfogattól.

Mint a fizikai modellek használatának minden más esetben, az ideális gázmodell egy adott valós gázra való alkalmazhatósága nemcsak magának a gáznak a tulajdonságaitól, hanem a megválaszolandó kérdés jellegétől is függ. Ez a modell nem teszi lehetővé különböző gázok viselkedésének leírását, de minden gázra jellemző tulajdonságokat tár fel.

Konkrét feladatok példáján ismerkedhet meg az ideális gáz állapotegyenletének alkalmazásával.

Feladatok

1. Egy térfogatú henger nitrogént tartalmaz nyomáson. Egy másik térfogatú henger oxigént tartalmaz nyomás alatt A gázok hőmérséklete egybeesik a környezeti hőmérséklettel. Milyen gáznyomás jön létre, ha kinyitja a palackokat egymással összekötő cső szelepét?

Megoldás. A csap kinyitása után egy nagyobb nyomású palackból egy másik palackba áramlik a gáz. Végül a nyomás a hengerekben kiegyenlítődik, és a gázok összekeverednek. Még ha a hőmérséklet változik is a gázok áramlása során, a termikus egyensúly létrejötte után ismét egyenlő lesz a környező levegő hőmérsékletével.

A probléma megoldásához használhatja az ideális gáz állapotegyenletét. A csap kinyitása előtt a palackokban lévő gázok mennyiségét jelöljük

A gázkeverék végső állapotában mólokat tartalmaz, térfogatot foglal el és olyan nyomáson van, amelyet meg kell határozni. A Mengyelejev-Clapeyron egyenletet gázkeverékre alkalmazva megkapjuk

A (13) egyenletekből kifejezve és a (14)-be behelyettesítve azt találjuk

Abban az esetben, ha a kezdeti gáznyomások azonosak, a keverék nyomása az egyensúly létrejötte után ugyanaz marad. Érdekes korlátozó eset az, amely a második edény légkörrel való helyettesítésének felel meg. A (15)-ből megkapjuk, hol a légköri nyomás. Ez az eredmény általános megfontolásból nyilvánvaló.

Figyeljünk arra, hogy a (15) képlettel kifejezett eredmény megfelel annak, hogy a gázkeverék nyomása megegyezik az egyes gázok parciális nyomásainak összegével, vagyis azon nyomásokkal, amelyeket az egyes gázok a gázok akkor lennének, ha a teljes térfogatot ugyanazon a hőmérsékleten elfoglalnák. Valójában az egyes gázok parciális nyomása a Boyle-Mariotte törvény segítségével meghatározható:

Látható, hogy a parciális nyomások összegével megegyező össznyomást a (15) képlet fejezi ki. Azt az állítást, hogy a kémiailag nem kölcsönható gázok keverékének nyomása megegyezik a parciális nyomások összegével, Dalton törvényének nevezzük.

2. A kályha felfűtése után a vidéki házban a levegő hőmérséklete 0-ról 0-ra emelkedett Hogyan változott a levegő sűrűsége?

Megoldás. Jól látható, hogy a helyiség térfogata nem változott a kemence felfűtésekor, mivel a falak hőtágulása elhanyagolható. Ha állandó V térfogatú levegőt hevítenénk zárt edényben, nyomása megnőne, de a sűrűsége változatlan maradna. De a tájház nem légmentes, így a légnyomás változatlan marad, megegyezik a külső légköri nyomással. Nyilvánvaló, hogy a T hőmérséklet emelkedésével a levegő tömegének változnia kell a helyiségben: egy részének a repedéseken keresztül kifelé kell távoznia Nyilvánvaló, hogy a vízoszlop nem csak a csőből fog kinyomódni nagyon kis hőmérséklet-változásokkal. Annak a hőmérséklet-változásnak a becsléséhez, amelynél az oszlop adott távolságot felemelkedik, átírjuk (19) a következőképpen:

Feltételezve a becslést kapjuk A fenti becslés azt mutatja, hogy ezzel a nagyon egyszerű eszközzel akár 0,01 K hőmérséklet-változást is lehet érzékelni, mivel az oszlop helyzetében bekövetkezett változást könnyen pótolhatjuk 1-gyel. mm.

Mennyi a relaxációs ideje egy termodinamikai rendszernek?

Milyen korlátozásokat kell bevezetni a gázban zajló folyamatok sebességére, hogy az egyensúlyi állapotban lévő gázt leíró makroszkopikus paraméterek minden pillanatban értelmet nyerjenek?

Mi határozza meg a Boyle-Mariotte törvény (1) egyenletének jobb oldalán lévő állandó számértékét?

Mire gondolnak, amikor azt mondják, hogy a vizsgált rendszer termosztáttal érintkezik?

Javasoljon módot a Boyle-Mariotte törvény tesztelésére a szövegben leírt eszközzel (lásd 45. ábra).

Milyen előnyökkel jár, ha hőmérős testként gázt választunk?

Hogyan kapcsolódik a Kelvin-skála hőmérsékleti referenciapontjának megválasztása a gáztágulási hőmérsékleti együttható értékéhez?

Hogyan állapítható meg a Celsius-skálán és a Kelvin-skálán mért hőmérsékletek közötti kapcsolat?

Vezesse le a gáz állapotegyenletét a Boyle-Mariotte és a Gay-Lussac törvények segítségével!

A Clapeyron-egyenletet csak két gáztörvény felhasználásával kaptuk meg, de mindhárom törvényt tartalmazza. Hogyan kapcsolódik ez ahhoz a tényhez, hogy a gázok nyomásának és térfogatának hőmérsékleti együtthatója azonos?

Mi az univerzális gázállandó? Hogyan kapcsolódik ez Avogadro törvényéhez?

Melyik fizikai rendszert nevezzük ideális gáznak? Mi határozza meg e modell alkalmazhatóságának feltételeit? Mitől függ egy ideális gáz belső energiája?

Megmagyarázható-e a Mengyelejev-Clapeyron egyenlet alapján a gázkeverékre kísérletileg megállapított Dalton-törvény?

Hogyan fog megváltozni a 3. feladatban leírt egyszerű eszköz hőmérséklet-változásokra való érzékenysége, ha a cső felső nyílása be van dugva?

Állapotegyenletideális gáz(Néha egyenletClapeyron vagy egyenletMengyelejev - Clapeyron) - egy képlet, amely megállapítja az ideális gáz nyomása, moláris térfogata és abszolút hőmérséklete közötti kapcsolatot. Az egyenlet a következő:

Mivel , ahol az anyag mennyisége, és ahol a tömeg, a moláris tömeg, az állapotegyenlet felírható:

Ezt a rögzítési formát Mengyelejev-Clapeyron egyenletnek (törvénynek) nevezik.

Állandó gáztömeg esetén az egyenlet a következőképpen írható fel:

Az utolsó egyenletet ún egységes gáztörvény. Ebből származnak Boyle - Mariotte, Charles és Gay-Lussac törvényei:

- Boyle törvénye – Mariotta.

- Meleg-Lussac törvénye.

- törvényKároly(Gay-Lussac második törvénye, 1808 és arány formájában). Ez a törvény kényelmes a gáz egyik állapotból a másikba történő átvitelének kiszámításához. A vegyész szemszögéből ez a törvény kissé eltérően hangozhat: Az azonos körülmények között (hőmérséklet, nyomás) reagáló gázok térfogata egyszerű egész számként viszonyul egymáshoz és a keletkező gáznemű vegyületek térfogatához. Például 1 térfogatrész hidrogén 1 térfogat klórral egyesül, ami 2 térfogatrész hidrogén-kloridot eredményez:

1 térfogatnyi nitrogén 3 térfogatrész hidrogénnel 2 térfogat ammóniát képez:

- Boyle törvénye – Mariotta. A Boyle-Mariotte törvény Robert Boyle (1627-1691) ír fizikusról, kémikusról és filozófusról kapta a nevét, aki 1662-ben fedezte fel, valamint Edme Mariotte (1620-1684) francia fizikusról, aki Boyle-tól függetlenül fedezte fel ezt a törvényt. 1677-ben. Egyes esetekben (a gázdinamikában) célszerű az ideális gáz állapotegyenletét a következő formában felírni:

ahol az adiabatikus kitevő, az anyag egységnyi tömegére eső belső energiája. Emil Amaga felfedezte, hogy nagy nyomáson a gázok viselkedése eltér a Boyle-Mariotte törvénytől. Ez a körülmény pedig a molekuláris fogalmak alapján tisztázható.

Egyrészt az erősen sűrített gázokban a molekulák mérete összemérhető a molekulák közötti távolságokkal. Így a szabad tér, amelyben a molekulák mozognak, kisebb, mint a gáz teljes térfogata. Ez a körülmény növeli a molekulák falra való ütközésének számát, mivel csökkenti azt a távolságot, amelyet a molekulának el kell repülnie, hogy elérje a falat. Másrészt egy erősen sűrített és ezért sűrűbb gázban a molekulák észrevehetően sokkal többször vonzódnak más molekulákhoz, mint egy ritka gázban lévő molekulák. Ez éppen ellenkezőleg, csökkenti a molekulák falba való becsapódásának számát, mivel más molekulákhoz való vonzódás jelenlétében a gázmolekulák kisebb sebességgel mozognak a fal felé, mint vonzás hiányában. Nem túl magas nyomáson a második körülmény jelentősebb, és a termék enyhén csökken. Nagyon magas nyomáson az első körülmény játszik főszerepet, és a termék növekszik.

5. Az ideális gázok molekuláris kinetikai elméletének alapegyenlete

A molekuláris kinetikai elmélet alapegyenletének levezetéséhez vegyünk egy monatomikus ideális gázt. Tegyük fel, hogy a gázmolekulák kaotikusan mozognak, a gázmolekulák közötti kölcsönös ütközések száma elhanyagolható az edény falát érő ütközések számához képest, és a molekulák ütközései az edény falával abszolút rugalmasak. Válasszunk ki egy DS elemi területet az edény falán, és számítsuk ki az erre a területre kifejtett nyomást. Minden ütközésnél a platformra merőlegesen mozgó molekula lendületet ad át neki m 0 v-(-m 0 v) = 2 m 0 v, Ahol T 0 - a molekula tömege, v - sebessége.

A DS hely Dt ideje alatt csak azok a molekulák, amelyek egy DS bázisú és magasságú henger térfogatába záródnak. v D t .E molekulák száma egyenlő n D Sv D t (n- molekulák koncentrációja).

Figyelembe kell azonban venni, hogy a valóságban a molekulák a hely felé mozognak

A DS különböző szögekben és különböző sebességgel rendelkezik, és a molekulák sebessége minden ütközéssel változik. A számítások egyszerűsítése érdekében a molekulák kaotikus mozgását három, egymásra merőleges irányú mozgással helyettesítjük úgy, hogy minden pillanatban a molekulák 1/3-a mozog mindegyik mentén, a molekulák fele (1/6) pedig. egy adott irány az egyik irányba, fél az ellenkező irányba . Ekkor az adott irányban mozgó molekulák becsapódásainak száma a DS padon 1/6 nDSvDt lesz. A platformmal való ütközéskor ezek a molekulák lendületet adnak át neki

D R = 2m 0 v 1 / 6 n D Sv D t= 1/3 n m 0 v 2D S D t.

Ekkor az általa az edény falára gyakorolt ​​gáznyomás az

p=DP/(DtDS)= 1/3 nm 0 v 2. (3.1)

Ha a gáz térfogata V tartalmaz N molekulák,

sebességgel mozog v 1 , v 2 , ..., v N, Azt

célszerű megfontolni négyzetes átlagsebesség

amely a gázmolekulák teljes halmazát jellemzi.

A (3.1) egyenlet a (3.2) figyelembe vételével a következő alakot veszi fel

p = 1 / 3 Péntek 0 2 . (3.3)

A (3.3) kifejezést nevezzük az ideális gázok molekuláris kinetikai elméletének alapegyenlete. Pontos számítás, figyelembe véve a molekulák mozgását végig

a lehetséges irányokat ugyanaz a képlet adja meg.

Ezt figyelembe véve n = N/V kapunk

Ahol E - az összes gázmolekula transzlációs mozgásának teljes kinetikai energiája.

Mivel a gáz tömege m =Nm 0 , akkor a (3.4) egyenlet átírható így

pV= 1/3 m 2 .

Egy mol gázért t = M (M - moláris tömeg), tehát

pV m = 1/3 M 2 ,

Ahol V m - moláris térfogat. Másrészt a Clapeyron-Mengyelejev egyenlet szerint pV m =RT. Így,

RT= 1/3 M 2, honnan

Mivel M = m 0 N A, ahol m 0 egy molekula tömege, N A pedig Avogadro-állandó, a (3.6) egyenletből következik, hogy

Ahol k = R/N A- Boltzmann állandó. Innen azt találjuk, hogy szobahőmérsékleten az oxigénmolekulák átlagos négyzetes sebessége 480 m/s, a hidrogénmolekuláké 1900 m/s. A folyékony hélium hőmérsékletén ugyanez a sebesség 40, illetve 160 m/s lesz.

Egy ideális gázmolekula transzlációs mozgásának átlagos kinetikus energiája

) 2 /2 = 3 / 2 kT(43,8)

(a (3.5) és (3.7) képletet használtuk) arányos a termodinamikai hőmérséklettel, és csak attól függ. Ebből az egyenletből az következik, hogy T=0-nál =0,t. Vagyis 0 K-en a gázmolekulák transzlációs mozgása leáll, ezért a nyomása nulla. Így a termodinamikai hőmérséklet az ideális gáz molekulái transzlációs mozgásának átlagos kinetikus energiájának mértéke, a (3.8) képlet pedig a hőmérséklet molekuláris kinetikai értelmezését mutatja be.

Gáznyomás molekulák ütközéséből adódik egy edény falával (és egy gázba helyezett testtel), amelyben véletlenszerűen mozgó gázmolekulák vannak. Minél gyakoribbak az ütések, annál erősebbek - annál nagyobb a nyomás. Ha egy gáz tömege és térfogata állandó, akkor a nyomása zárt edényben teljes mértékben a hőmérséklettől függ. A nyomás az előre mozgó gázmolekulák sebességétől is függ. A nyomás mértékegysége a pascal p(Pa) . A gáznyomás mérése nyomásmérővel történik (folyékony, fém és elektromos).

Ideális gáz a valódi gáz modellje. Az edényben lévő gázt akkor tekintjük ideális gáznak, ha egy molekula, amely az edény falától faláig repül, nem ütközik más molekulákkal. Pontosabban, ideális gáz az a gáz, amelyben a molekulái közötti kölcsönhatás elhanyagolható ⇒ E-ről >> E r.

Alapvető MKT egyenlet makroszkopikus paraméterekkel (nyomás p , kötet V , hőmérséklet T , súly m ) gázrendszer mikroszkopikus paraméterekkel (molekulák tömege, mozgásuk átlagos sebessége):

Ahol n - koncentráció, 1/m 3; m — molekulatömeg, kg; - a molekulák négyzetes középsebessége, m/s.

Ideális gáz állapotegyenlete- közötti kapcsolatot megállapító képlet nyomás, térfogat és abszolút hőmérséklet ideális gáz, amely egy adott gázrendszer állapotát jellemzi. —Mengyelejev-Clapeyron egyenlet (tetszőleges gáztömegre). R=8,31 J/mol K — univerzális gázállandó. pV = RT – (1 mólra).

Gyakran olyan helyzeteket kell vizsgálni, amikor egy gáz állapota megváltozik, miközben mennyisége változatlan marad ( m=áll ) és kémiai reakciók hiányában ( M=áll ). Ez azt jelenti, hogy az anyag mennyisége ν=áll . Majd:

Egy ideális gáz állandó tömegénél a nyomás és a térfogat szorzatának az abszolút hőmérséklethez viszonyított aránya egy adott állapotban állandó érték: — Clapeyron egyenlet.

Termodinamikai folyamat (vagy egyszerűen folyamat) a gáz állapotának időbeli változása. A termodinamikai folyamat során a makroszkopikus paraméterek értékei megváltoznak - nyomás, térfogat és hőmérséklet. Különösen érdekesek izofolyamatok - termodinamikai folyamatok, amelyekben az egyik makroszkopikus paraméter értéke változatlan marad. A három paraméter mindegyikét egymás után rögzítve t-t kapunk Háromféle izofolyamat.

Az utolsó egyenletet egységes gáztörvénynek nevezzük. Ez teszi Boyle törvényei – Mariotte, Charles és Gay-Lussac. Ezeket a törvényeket izofolyamatok törvényeinek nevezzük:

Izofolyamatok - ezek olyan folyamatok, amelyek ugyanazon a paraméteren vagy T-hőmérsékleten, vagy V térfogaton vagy p-nyomáson mennek végbe.

Izoterm folyamat- - Boyle-Mariotte törvény (állandó hőmérsékleten és adott gáztömeg mellett a nyomás és a térfogat szorzata állandó érték)

Izobár folyamat — - törvény