Իդեալական գազի վիճակի հավասարումը կոչվում է հավասարություն: Իդեալական գազի վիճակի համընդհանուր հավասարումը: Երմաստիճանը մնում է հաստատուն

Իդեալական գազ կոչվում է գազ, որը չունի մոլեկուլների միջև փոխադարձ ներգրավման և վանման ուժեր և անտեսում է մոլեկուլների չափը: Բարձր ջերմաստիճանի և ցածր ճնշման բոլոր իրական գազերը գործնականում կարող են համարվել իդեալական գազեր:
Ինչպես իդեալական, այնպես էլ իրական գազերի վիճակի հավասարումը նկարագրվում է երեք պարամետրով `ըստ հավասարման (1.7):
Գազի իդեալական վիճակի հավասարումը կարող է բխել մոլեկուլային կինետիկ տեսությունից կամ Բոյլ-Մարիոտի և Գեյ-Լուսակի օրենքների համատեղ դիտարկումից:
Այս հավասարումը ստացվել է 1834 թվականին ֆրանսիացի ֆիզիկոս Կլապեյրոնի կողմից և 1 կգ գազի զանգվածի համար ունի հետևյալ ձևը.

Р · υ = R · Т, (2.10)

որտեղ ՝ R- ը գազի հաստատունն է և ներկայացնում է 1 կգ գազի աշխատանքը գործընթացում ՝ մշտական ​​ճնշման և 1 աստիճանի ջերմաստիճանի փոփոխության դեպքում:
Հավասարումը (2.7) կոչվում է մ վիճակի ջերմային հավասարումը կամ բնորոշ հավասարում .
M զանգվածով գազի կամայական քանակի համար վիճակի հավասարումը կլինի.

Р · V = m · R · Т. (2.11)

1874 թվականին Մ.Դ. Մենդելեևը ՝ Դալթոնի օրենքի հիման վրա ( «Տարբեր իդեալական գազերի հավասար ծավալներ նույն ջերմաստիճանում և ճնշումներում պարունակում են նույն թվով մոլեկուլներ»:) առաջարկեց 1 կգ գազի վիճակի համընդհանուր հավասարումը, որը կոչվում է Կլապեյրոն-Մենդելեև հավասարումով:

Р υ = R μ T / μ, (2.12)

որտեղ `μ - գազի մոլային (մոլեկուլային) զանգվածը, (կգ / կմոլ);

R μ = 8314.20 / / կմոլ (8.3142 կJ / կմոլ) - ունիվերսալ գազի հաստատուն և ներկայացնում է իդեալական գազի 1 կմոլ աշխատանքը մշտական ​​ճնշման և 1 աստիճանի ջերմաստիճանի փոփոխության գործընթացում:
Իմանալով R μ, կարելի է գտնել գազի հաստատուն R = R μ / μ:
Գազի կամայական զանգվածի համար Կլապեյրոն-Մենդելեևի հավասարումը կունենա հետևյալ ձևը.

Р · V = m · R μ · Т / μ. (2.13)

Իդեալական գազերի խառնուրդ:

Գազի խառնուրդհասկացվում է որպես առանձին գազերի խառնուրդ, որոնք մտնում են միմյանց հետ քիմիական ցանկացած ռեակցիայի մեջ: Խառնուրդի յուրաքանչյուր գազ (բաղադրիչ), անկախ այլ գազերից, ամբողջությամբ պահպանում է իր բոլոր հատկությունները և իրեն այնպես է պահում, կարծես միայնակ է զբաղեցրել խառնուրդի ամբողջ ծավալը:
Մասնակի ճնշում- սա այն ճնշումն է, որը կունենար խառնուրդի յուրաքանչյուր գազ, եթե այս գազը միայնակ լիներ նույն քանակությամբ, նույն ծավալով և նույն ջերմաստիճանում, ինչ խառնուրդում:
Գազի խառնուրդը ենթարկվում է Դալթոնի օրենքը:
║Գազի խառնուրդի ընդհանուր ճնշումը հավասար է մասնակի ճնշումների գումարին║առանձին գազեր, որոնք կազմում են խառնուրդը:

P = P 1 + P 2 + P 3 +: ... ... Р n = ∑ Р i, (2.14)

որտեղ P 1, P 2, P 3: ... ... Р n - մասնակի ճնշումներ:
Խառնուրդի կազմը սահմանվում է ըստ ծավալի, զանգվածի և մոլային կոտորակների, որոնք համապատասխանաբար որոշվում են հետևյալ բանաձևերով.

r 1 = V 1 / V սմ; r 2 = V 2 / V սմ; … R n = V n / V սմ, (2.15)
g 1 = մ 1 / մ սմ; g 2 = մ 2 / մ սմ; … G n = մ n / մ սմ, (2.16)
r 1 ′ = ν 1 / ν սմ; r 2 ′ = ν 2 / ν սմ; … R n ′ = ν n / ν սմ, (2.17)

որտեղ V 1; V 2; ... V n; V սմ - բաղադրիչների և խառնուրդի ծավալները.
մ 1; մ 2; ... մ ն; մ սմ - բաղադրիչների և խառնուրդի զանգվածներ;
ν 1; ν 2; … Ν n; ν սմ - նյութի քանակը (կիլոմոլներ)
բաղադրիչներ և խառնուրդներ:
Իդեալական գազի համար ՝ ըստ Դալթոնի օրենքի.

r 1 = r 1 ′; r 2 = r 2 ′; … R n = r n ′: (2.18)

Քանի որ V 1 + V 2 +… + V n = V սմ և մ 1 + մ 2 +… + m n = մ սմ,

ապա r 1 + r 2 +… + r n = 1, (2.19)
g 1 + g 2 +… + g n = 1. (2.20)

Volumeավալի և զանգվածային կոտորակների միջև կապը հետևյալն է.

g 1 = r 1 ∙ μ 1 / μ սմ; g 2 = r 2 ∙ μ 2 / μ սմ; … G n = r n ∙ μ n / μ սմ, (2.21)

որտեղ `μ 1, μ 2,… μ n, μ սմ են բաղադրիչների և խառնուրդի մոլեկուլային կշիռները:
Խառնուրդի մոլեկուլային քաշը:

μ սմ = μ 1 r 1 + r 2 μ 2 +… + r n μ n. (2.22)

Գազի խառնուրդի հաստատուն:

R cm = g 1 R 1 + g 2 R 2 +… + g n R n =
= R μ (g 1 / μ 1 + g 2 / μ 2 +… + g n / μ n) =
= 1 / (r 1 / R 1 + r 2 / R 2 + ... + r n / R n): (2.23)

Խառնուրդի հատուկ զանգվածային ջերմային հզորություն:

p տես = g 1 p 1 + g 2 -ով p 2 +… + g n p n- ով: (2.24)
v տես = g 1 p 1 + g 2 հետ v 2 +… + g n v n- ով: (2.25)

Խառնուրդի հատուկ մոլային (մոլեկուլային) ջերմային հզորություն:

рм- ով տեսնել = r 1 рм 1 + r2- ով рμ 2 +… + r n рμ n- ով: (2.26)
vμ տե՛ս = r 1 vμ 1 + r 2 -ով vμ 2 +… + r n vμ n- ով: (2.27)

Թեմա 3. Թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը:

Թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքի հիմնական դրույթները:

Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքն ասում է, որ ջերմությունը կարող է վերածվել աշխատանքի, իսկ աշխատանքը ջերմության չի սահմանում այն ​​պայմանները, որոնց դեպքում հնարավոր են այդ փոխակերպումները:
Աշխատանքի փոխակերպումը ջերմության միշտ տեղի է ունենում ամբողջությամբ և անվերապահորեն: Heatերմությունը աշխատանքի վերածելու հակադարձ գործընթացը `իր շարունակական անցումով, հնարավոր է միայն որոշակի պայմաններում և ոչ ամբողջությամբ: Atերմությունն ինքնին կարող է ավելի տաք մարմիններից անցնել ավելի սառը մարմինների: Coldերմության փոխանցումը սառը մարմնից ջեռուցվող մարմիններին ինքնաբերաբար չի կատարվում: Դա անելու համար հարկավոր է լրացուցիչ էներգիա ծախսել:
Այսպիսով, երևույթի և գործընթացների ամբողջական վերլուծության համար անհրաժեշտ է, բացի թերմոդինամիկայի առաջին օրենքից, ունենալ լրացուցիչ օրինաչափություն: Այս օրենքն է թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը ... Այն սահմանում է, թե արդյոք այս կամ այն ​​գործընթացը հնարավոր է կամ անհնար, ո՞ր ուղղությամբ է ընթանում գործընթացը, երբ է հասնում թերմոդինամիկ հավասարակշռությունը և ինչ պայմաններում է հնարավոր հասնել առավելագույն աշխատանքի:
Թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքի ձևակերպում:
Heatերմային շարժիչի առկայության համար անհրաժեշտ է 2 աղբյուր ` տաք աղբյուր և սառը գարուն (միջավայր): Եթե ​​ջերմային շարժիչը գործում է միայն մեկ աղբյուրից, ապա այն կոչվում է 2 -րդ տիպի հավերժական շարժիչ մեքենա:
1 ձեւակերպում (Ostwald):
| «Երկրորդ տեսակի մշտական ​​շարժիչային մեքենան անհնար է»:

1 -ին տիպի մշտական ​​շարժիչ մեքենան L> Q 1 ջերմային շարժիչն է, որտեղ Q 1 մատակարարվող ջերմությունն է: Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը «թույլ է տալիս» ստեղծել ջերմային շարժիչ, որն ամբողջությամբ մատակարարվող Q 1 ջերմությունն ամբողջությամբ փոխակերպում է աշխատանքի L- ի, այսինքն. L = Q 1: Երկրորդ օրենքը սահմանում է ավելի խիստ սահմանափակումներ և պնդում է, որ աշխատանքը պետք է լինի ավելի փոքր, քան մատակարարվող ջերմությունը (Լ Երկրորդ տեսակի մշտական ​​շարժիչ մեքենան կարող է իրականացվել, եթե Q 2 ջերմությունը սառը աղբյուրից տեղափոխվի տաքի: Բայց դրա համար ջերմությունը պետք է ինքնաբերաբար սառը մարմնից անցնի տաքի, ինչը անհնար է: Հետևաբար հետևում է 2 -րդ ձևակերպմանը (Կլաուսիուսի կողմից).
|| «Atերմությունը չի կարող ինքնաբերաբար անցնել ավելին
|| սառը մարմին ՝ ավելի տաք »:
Heatերմային շարժիչի շահագործման համար անհրաժեշտ է 2 աղբյուր `տաք և սառը: 3 -րդ ձևակերպում (Carnot):
|| «Այնտեղ, որտեղ կա ջերմաստիճանի տարբերություն, հնարավոր է
|| աշխատանք »:
Այս բոլոր ձևակերպումները փոխկապակցված են, մի ձևակերպումից կարող եք ստանալ մեկ այլ:

Էնտրոպիա:

Թերմոդինամիկ համակարգի վիճակի գործառույթներից է էնտրոպիա Էնտրոպիան այն քանակն է, որը որոշվում է արտահայտությամբ.

dS = dQ / T. [J / K] (3.1)

կամ հատուկ էնտրոպիայի համար.

ds = dq / T. [J / (կգ · K)] (3.2)

Էնտրոպիան մարմնի վիճակի միանշանակ գործառույթ է, որը յուրաքանչյուր վիճակի համար ստանում է հստակ սահմանված արժեք: Դա վիճակի ընդարձակ (կախված է նյութի զանգվածից) պարամետրից և ցանկացած թերմոդինամիկ գործընթացում ամբողջովին որոշվում է մարմնի սկզբնական և վերջնական վիճակով և կախված չէ գործընթացի ուղուց:
Էնտրոպիան կարող է սահմանվել որպես հիմնական վիճակի պարամետրերի գործառույթ.

S = f 1 (P, V); S = f 2 (P, T); S = f 3 (V, T); (3.3)

կամ հատուկ էնտրոպիայի համար.

s = f 1 (P, υ); s = f 2 (P, T); S = f 3 (υ, T); (3.4)

Քանի որ էնտրոպիան կախված չէ գործընթացի տեսակից և որոշվում է աշխատանքային հեղուկի սկզբնական և վերջնական վիճակներով, այս գործընթացում հայտնաբերվում է միայն դրա փոփոխությունը, որը կարելի է գտնել հետևյալ հավասարումներով.

Ds = c v ln (T 2 / T 1) + R ln (υ 2 / υ 1); (3.5)
Ds = c p ln (T 2 / T 1) - R ln (P 2 / P 1); (3.6)
Ds = c v · ln (Р 2 / Р 1) + c р · ln (υ 2 / υ 1): (3.7)

Եթե ​​համակարգի էնտրոպիան ավելանում է (Ds> 0), ապա համակարգին մատակարարվում է ջերմություն:
Եթե ​​համակարգի էնտրոպիան նվազում է (Ds< 0), то системе отводится тепло.
Եթե ​​համակարգի էնտրոպիան չի փոխվում (Ds = 0, s = Const), ապա համակարգը չի մատակարարում և չի հեռացնում ջերմությունը (ադիաբատիկ գործընթաց):

Cyիկլը և Կարնոտի թեորեմները:

Carnot ցիկլը շրջանաձև ցիկլ է, որը բաղկացած է 2 իզոթերմալ և 2 ադիաբատիկ գործընթացներից: Շրջելի Carnot ցիկլը p, υ- և T, s- դիագրամներում ներկայացված է Նկ. 3.1-ում:

1-2 - շրջելի ադիաբատիկ ընդլայնում s 1 = Կոնստ. 1երմաստիճանը նվազում է T 1 -ից T 2:
2-3 - իզոթերմային սեղմում, ջերմության հեռացում q 2 դեպի սառը աղբյուր աշխատանքային հեղուկից:
3-4 - շրջելի ադիաբատիկ սեղմում s 2 = Կոնստ. Temperatureերմաստիճանը բարձրանում է T 3 -ից T 4:
4-1 - իզոթերմային ընդլայնում, ջերմության մատակարարում q 1 տաք աղբյուրին աշխատանքային հեղուկին:
Cycleանկացած ցիկլի հիմնական բնութագիրն է ջերմային արդյունավետություն(քանի որ p.p.):

h t = L c / Q c, (3.8)

h t = (Q 1 - Q 2) / Q 1:

Շրջելի Կարնոտի ցիկլի համար, քանի որ p.p. որոշվում է բանաձևով.

h tk = (T 1 - T 2) / T 1: (3.9)

սա ենթադրում է 1 -ին Կարնոտի թեորեմը :
|| «Շրջելի Carnot ցիկլի ջերմային արդյունավետությունը կախված չէ
|| աշխատանքային հեղուկի հատկությունները և որոշվում է միայն ջերմաստիճաններով
|| աղբյուրներ »:
Կամայական հետադարձելի ցիկլի և Կարնոտի ցիկլի համեմատությունը ենթադրում է 2 -րդ Կարնոտի թեորեմ.
|| «Շրջելի Կառնոյի ցիկլը | եղանակային | տվյալ ջերմաստիճանի միջակայքում առավել եղանակային ցիկլն է»:
Նրանք մ.թ. Carnot ցիկլը միշտ ավելի մեծ է, քանի որ p.p. կամայական հանգույց.
հ տկ> հ տ. (3.10)

Թեմա 4. Թերմոդինամիկ գործընթացներ:

Մանրամասներ Կատեգորիա. Մոլեկուլային-կինետիկ տեսություն Հրատարակված է 05.11.2014 07:28 Դիտումներ:

Գազը համախմբման չորս վիճակներից մեկն է, որում կարող է լինել նյութը:

Գազը կազմող մասնիկները շատ շարժական են: Նրանք շարժվում են գրեթե ազատ ու քաոսային ՝ պարբերաբար բիլիարդի գնդակների նման բախվելով միմյանց: Նման բախումը կոչվում է առաձգական բախում ... Բախման ժամանակ նրանք կտրուկ փոխում են իրենց շարժման բնույթը:

Քանի որ գազային նյութերում մոլեկուլների, ատոմների և իոնների միջև հեռավորությունը շատ ավելի մեծ է, քան դրանց չափերը, ապա այդ մասնիկները փոխազդում են միմյանց հետ շատ թույլ, և նրանց փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիան շատ փոքր է կինետիկի համեմատ:

Իրական գազի մոլեկուլների միջև կապերը բարդ են: Հետևաբար, նաև բավականին դժվար է նկարագրել դրա ջերմաստիճանի, ճնշման, ծավալի կախվածությունը հենց մոլեկուլների հատկություններից, դրանց քանակից և շարժման արագությունից: Բայց խնդիրը մեծապես պարզեցված է, եթե իրական գազի փոխարեն հաշվի առնենք դրա մաթեմատիկական մոդելը. իդեալական գազ .

Ենթադրվում է, որ իդեալական գազի մոդելում մոլեկուլների միջև չկան ձգողականության և վանման ուժեր: Նրանք բոլորը շարժվում են միմյանցից անկախ: Եվ նրանցից յուրաքանչյուրի վրա կարող եք կիրառել Նյուտոնի դասական մեխանիկայի օրենքները: Եվ նրանք միմյանց հետ փոխազդում են միայն առաձգական բախումների ժամանակ: Բախման ժամանակը ինքնին շատ կարճ է բախումների միջև ընկած ժամանակի համեմատ:

Դասական իդեալական գազ

Փորձենք պատկերացնել իդեալական գազի մոլեկուլները որպես փոքր գնդակներ, որոնք գտնվում են հսկայական խորանարդի մեջ ՝ միմյանցից մեծ հեռավորության վրա: Այս հեռավորության պատճառով նրանք չեն կարող փոխազդել միմյանց հետ: Հետեւաբար, նրանց պոտենցիալ էներգիան զրոյական է: Բայց այս գնդերը շարժվում են մեծ արագությամբ: Սա նշանակում է, որ նրանք ունեն կինետիկ էներգիա: Երբ նրանք բախվում են միմյանց և խորանարդի պատերին, նրանք իրենց պահում են գնդակների պես, այսինքն `առաձգականորեն ցատկում են: Նրանք միաժամանակ փոխում են իրենց շարժման ուղղությունը, բայց չեն փոխում արագությունը: Իդեալական գազի մեջ մոլեկուլների տեղաշարժն այսպիսի տեսք ունի.

1. Իդեալական գազի մոլեկուլների պոտենցիալ փոխազդեցության էներգիան այնքան փոքր է, որ այն անտեսվում է կինետիկ էներգիայի համեմատ:
2. Իդեալական գազի մոլեկուլները նույնպես այնքան փոքր են, որ դրանք կարող են համարվել նյութական կետեր: Սա նշանակում է, որ նրանց ընդհանուր ծավալըաննշան է նաև այն նավի ծավալի համեմատ, որում գտնվում է գազը: Եվ այս հատորը նույնպես անտեսված է:
3. Մոլեկուլների բախումների միջև միջին ժամանակը շատ ավելի երկար է, քան բախման ընթացքում դրանց փոխազդեցության ժամանակը: Հետեւաբար, փոխազդեցության ժամանակը նույնպես անտեսվում է:

Գազը միշտ ունենում է այն նավի տեսքը, որում գտնվում է: Շարժվող մասնիկները բախվում են միմյանց և նավի պատերին: Ազդեցության ընթացքում յուրաքանչյուր մոլեկուլ պատի վրա գործում է որոշակի ուժով շատ կարճ ժամանակահատվածում: Ահա թե ինչպես ճնշում ... Գազի ընդհանուր ճնշումը բոլոր մոլեկուլների ճնշումների գումարն է:

Իդեալական վիճակի գազային հավասարումը

Իդեալական գազի վիճակը բնութագրվում է երեք պարամետրերով. ճնշում, ծավալըեւ ջերմաստիճանը... Նրանց միջև հարաբերությունները նկարագրվում են հավասարմամբ.

որտեղ Ռ - ճնշում,

Վ Մ - մոլային ծավալը,

Ռ - համընդհանուր գազի հաստատուն,

Տ - բացարձակ ջերմաստիճան (աստիճան Կելվին):

Որովհետեւ Վ Մ = Վ / n , որտեղ Վ - ծավալը, n նյութի քանակն է, և n = մ / Մ , ապա

որտեղ մ - գազի զանգված, Մ - մոլային զանգված: Այս հավասարումը կոչվում է Մենդելեև-Կլիպերոն հավասարումը .

Հաստատուն զանգվածի դեպքում հավասարումը ձև է ունենում.

Այս հավասարումը կոչվում է գազի միասնական օրենք .

Օգտագործելով Մենդելեև-Կլիպերոնի օրենքը, գազի պարամետրերից մեկը կարող է որոշվել, եթե մյուս երկուսը հայտնի են:

Իզոպրոցեսներ

Օգտագործելով գազի միասնական օրենքի հավասարումը ՝ հնարավոր է ուսումնասիրել գործընթացներ, որոնցում գազի զանգվածը և ամենակարևոր պարամետրերից մեկը ՝ ճնշումը, ջերմաստիճանը կամ ծավալը, մնում են անփոփոխ: Ֆիզիկայում նման գործընթացները կոչվում են isoprocesses .

Ից գազի համակցված օրենքի համաձայն, գազի այլ կարևոր օրենքներ հետևյալն են. Բոյլ-Մարիոտ օրենք, գեյ-լուսակ օրենք, Չարլզի օրենքը, կամ Գեյ-Լուսակի երկրորդ օրենքը:

Իզոթերմային գործընթաց

Այն գործընթացը, որի ընթացքում ճնշումը կամ ծավալը փոխվում են, բայց ջերմաստիճանը մնում է անփոփոխ, կոչվում է իզոթերմային գործընթաց .

Իզոթերմային պրոցեսով T = const, m = const .

Գազի պահվածքը իզոթերմային գործընթացում նկարագրում է Բոյլ-Մարիոտ օրենք ... Այս օրենքը հայտնաբերվել է փորձնականորեն Անգլիացի ֆիզիկոս Ռոբերտ Բոյլը 1662 թվականին և Ֆրանսիացի ֆիզիկոս Էդմե Մարիոթ 1679 թվականին, և նրանք դա արեցին միմյանցից անկախ: Բոյլի օրենքը ձևակերպված է հետևյալ կերպ. Իդեալական գազում `մշտական ​​ջերմաստիճանում, գազի ճնշման և դրա ծավալների արտադրյալը նույնպես հաստատուն է.

Բոյլ-Մարիոտ հավասարումը կարող է բխել գազի միասնական օրենքից: Փոխարինելով բանաձևին T = const , մենք ստանում ենք

էջ · Վ = const

Ահա թե ինչ է դա Բոյլ-Մարիոտ օրենք . Բանաձևից երևում է, որ գազի ճնշումը մշտական ​​ջերմաստիճանում հակադարձ համեմատական ​​է դրա ծավալին... Որքան բարձր է ճնշումը, այնքան ցածր է ծավալը և հակառակը:

Ինչպե՞ս կարելի է բացատրել այս երևույթը: Ինչու՞ գազի ծավալների ավելացման դեպքում դրա ճնշումը նվազում է:

Քանի որ գազի ջերմաստիճանը չի փոխվում, անոթների պատերին մոլեկուլների ազդեցությունների հաճախականությունը նույնպես չի փոխվում: Եթե ​​ծավալը մեծանում է, ապա մոլեկուլների կոնցենտրացիան նվազում է: Հետևաբար, մեկ միավորի մակերևույթում ավելի քիչ մոլեկուլներ կան, որոնք բախվում են պատերին ժամանակի միավորի հետ: Theնշումը նվազում է: Ընդհակառակը, երբ ծավալը նվազում է, բախումների թիվն ավելանում է: Theնշումը համապատասխանաբար մեծանում է:

Գրաֆիկորեն, իզոթերմային գործընթացը ցուցադրվում է կորի հարթության վրա, որը կոչվում է իզոթերմ ... Այն ունի ձև հիպերբոլա.

Temperatureերմաստիճանի յուրաքանչյուր արժեք ունի իր սեփական իզոթերմը: Որքան բարձր է ջերմաստիճանը, այնքան ավելի բարձր է գտնվում համապատասխան իզոթերմը:

Իզոբարիկ գործընթաց

Անընդհատ ճնշման տակ գազի ջերմաստիճանի և ծավալի փոփոխման գործընթացները կոչվում են իզոբարիկ ... Այս գործընթացի համար m = const, P = const.

Նաև հաստատվեց գազի ծավալի կախվածությունը դրա ջերմաստիճանից `մշտական ​​ճնշման դեպքում փորձնականորեն ֆրանսիացի քիմիկոս և ֆիզիկոս Josephոզեֆ Լուի Գեյ-Լուսակի կողմից, ով հրատարակել է այն 1802 թվականին: Հետեւաբար, այն կոչվում է Գեյ Լուսակի օրենք : " ԱԱ և մշտական ​​ճնշում, մշտական ​​գազի զանգվածի և դրա բացարձակ ջերմաստիճանի հարաբերակցությունը հաստատուն արժեք է »:

Ժամը P = const գազի միասնական օրենքի հավասարումը դառնում է Գեյ-Լուսակ հավասարումը .

Իզոբարիկ գործընթացի օրինակ է մխոցի ներսում գտնվող գազը, որի մեջ մխոց է շարժվում: Asերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ պատերին մոլեկուլների բախումների հաճախականությունը մեծանում է: Theնշումը մեծանում է, իսկ մխոցը բարձրանում է: Արդյունքում, մխոցում գազի զբաղեցրած ծավալը մեծանում է:

Գրաֆիկորեն, isobaric գործընթացը ցուցադրվում է որպես ուղիղ գիծ, ​​որը կոչվում է իզոբարիկ .

Որքան բարձր է գազի ճնշումը, այնքան ցածր է համապատասխան իզոբարը գտնվում է գրաֆիկի վրա:

Իսոխորիկ գործընթաց

Բազմազան, կամ իզոխորիկ, կոչվում է իդեալական գազի ճնշումն ու ջերմաստիճանը հաստատուն ծավալով փոխելու գործընթաց:

Իզոխորիկ գործընթացի համար m = const, V = const.

Շատ պարզ է պատկերացնել նման գործընթաց: Այն տեղի է ունենում ֆիքսված ծավալի անոթում: Օրինակ, մխոցում, որի մեջ մխոցը չի շարժվում, բայց խստորեն ամրագրված է:

Նկարագրված է իզոխորիկ գործընթացը Չարլզի օրենք : « Տվյալ զանգվածի գազի հաստատուն ծավալում դրա ճնշումը համաչափ է ջերմաստիճանին". Ֆրանսիացի գյուտարար և գիտնական quesակ Ալեքսանդր Սեզար Շառլը այս հարաբերությունները հաստատեց փորձերի օգնությամբ 1787 թվականին: 1802 թվականին Գեյ-Լուսակը պարզաբանեց այն: Հետեւաբար, այս օրենքը երբեմն կոչվում է Գեյ-Լուսակի երկրորդ օրենքը:

Ժամը Վ = const գազի համակցված օրենքի հավասարումից մենք ստանում ենք հավասարումը Չարլզի օրենքը, կամ Գեյ-Լուսակի երկրորդ օրենքը .

Մշտական ​​ծավալով գազի ճնշումը մեծանում է, եթե դրա ջերմաստիճանը բարձրանա .

Գրաֆիկների վրա իզոխորիկ գործընթացը ցուցադրվում է կոչվող տողով իզոխորա .

Որքան մեծ է գազի զբաղեցրած ծավալը, այնքան ցածր է այս ծավալին համապատասխանող isochore- ը:

Իրականում գազի ոչ մի պարամետր չի կարող անընդհատ պահպանվել: Դա կարելի է անել միայն լաբորատոր պայմաններում:

Իհարկե, բնության մեջ իդեալական գազ չկա: Իսկապես հազվագյուտ գազերի դեպքում ՝ շատ ցածր ջերմաստիճաններում և ճնշումներից ոչ ավելի, քան 200 մթնոլորտ, մոլեկուլների միջև հեռավորությունը շատ ավելի մեծ է, քան դրանց չափերը: Հետեւաբար, դրանց հատկությունները մոտ են իդեալական գազին:

Գազի ճնշում առաջանում է անոթի պատերին (և գազի մեջ տեղադրված մարմնի վրա) մոլեկուլների բախման արդյունքում, որոնցում պատահականորեն շարժվող գազի մոլեկուլներ կան... Որքան հաճախակի են հարվածները, այնքան ուժեղ են դրանք, այնքան բարձր է ճնշումը: Եթե ​​գազի զանգվածը և ծավալը անփոփոխ են, ապա դրա ճնշումը փակ անոթում ամբողջությամբ կախված է ջերմաստիճանից: Theնշումը կախված է նաեւ թարգմանաբար շարժվող գազի մոլեկուլների արագությունից: Pressնշման միավոր - պասկալ p (Pa) ... Չափել գազի ճնշումը ճնշաչափով (հեղուկ, մետաղական և էլեկտրական):

Իդեալական գազ Իսկական գազի մոդել է: Նավի գազը համարվում է իդեալական գազ, երբ նավի պատից պատ պատված մոլեկուլը չի ​​բախվում այլ մոլեկուլների հետ: Ավելի ճիշտ, իդեալական գազը գազ է, որի մոլեկուլների փոխազդեցությունն աննշան է E- ից >> E p.

MKT- ի հիմնական հավասարումը միացնում է մակրոսկոպիկ պարամետրերը (ճնշում էջ , ծավալը Վ , ջերմաստիճան Տ , քաշը մ ) մանրադիտակային պարամետրերով գազային համակարգի (մոլեկուլի զանգվածը, նրանց շարժման միջին արագությունը).

Որտեղ n - համակենտրոնացում, 1 / մ 3; մ Մոլեկուլի զանգվածն է, կգ; Արդյո՞ք մոլեկուլների միջին քառակուսի արագությունը, մ / վ.

Իդեալական վիճակի գազային հավասարումըբանաձև է, որը հաստատում է հարաբերությունները նրանց միջև ճնշում, ծավալ և բացարձակ ջերմաստիճանիդեալական գազ, որը բնութագրում է տվյալ գազային համակարգի վիճակը: —Մենդելեև - Կլապեյրոնի հավասարումը (գազի կամայական զանգվածի համար). R = 8.31 J / mol Կ — ունիվերսալ գազի հաստատուն. pV = RT - (1 մոլի համար):

Հաճախ անհրաժեշտ է հետաքննել այն իրավիճակը, երբ գազի վիճակը փոխվում է, մինչդեռ դրա քանակը մնում է անփոփոխ ( մ = կոնստ ) և քիմիական ռեակցիաների բացակայության դեպքում ( M = const ): Սա նշանակում է, որ նյութի քանակը ν = կոնստ ... Հետո.

Իդեալական գազի հաստատուն զանգվածի համար ճնշման և ծավալի արտադրանքի հարաբերակցությունը տվյալ վիճակում բացարձակ ջերմաստիճանին հաստատուն արժեք է. — Կլապեյրոնի հավասարումը:

Թերմոդինամիկ գործընթաց (կամ պարզապես գործընթաց) ժամանակի ընթացքում գազի վիճակի փոփոխություն է:Թերմոդինամիկ գործընթացի ընթացքում մակրոսկոպիկ պարամետրերի արժեքները փոխվում են. ճնշում, ծավալ և ջերմաստիճան:Առանձնահատուկ հետաքրքրություն են ներկայացնում isoprocesses -թերմոդինամիկ գործընթացներ, որոնցում մակրոսկոպիկ պարամետրերից մեկի արժեքը մնում է անփոփոխ:Երեք պարամետրերից յուրաքանչյուրը հաջորդաբար ամրագրելով, մենք ստանում ենք մ Երեք տեսակի իզոպրոցեսներ:

Վերջին հավասարումը կոչվում է գազի միասնական օրենք: Պարզվում է Բոյլի օրենքները `Մարիոթը, Չարլզը և Գեյ -Լուսակը:Այս օրենքները կոչվում են isoprocess օրենքներ.

Իզոպրոցեսներ -դրանք գործընթացներ են, որոնք տեղի են ունենում միևնույն պարամետրի կամ T- ջերմաստիճանի, կամ V- ծավալի, կամ p- ճնշման տակ:

Իզոթերմային գործընթաց- - Բոյլի օրենք - Մարիոթ (հաստատուն ջերմաստիճանի և գազի տվյալ զանգվածի դեպքում ճնշման և ծավալի արտադրյալը հաստատուն արժեք է)

Իզոբարիկ գործընթաց — - օրենք

1. Իդեալական գազը այն գազն է, որի մեջ միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժեր չկան: Բավարար ճշգրտությամբ գազերը կարող են իդեալական համարվել այն դեպքերում, երբ դրանց վիճակները համարվում են փուլային փոխակերպումների շրջաններից հեռու:
2. Իդեալական գազերի դեպքում գործում են հետևյալ օրենքները.

ա) Բոյլի օրենք - Mapuomma. մշտական ​​ջերմաստիճանի և զանգվածի դեպքում գազի ճնշման և ծավալի թվային արժեքների արտադրյալը հաստատուն է.
pV = կոնստ

Գրաֆիկորեն, PV կոորդինատներում այս օրենքը պատկերված է իզոթերմ կոչվող գծով (նկ. 1):

բ) Գեյ-Լուսակի օրենքը. մշտական ​​ճնշման դեպքում տվյալ գազի զանգվածի ծավալն ուղիղ համեմատական ​​է նրա բացարձակ ջերմաստիճանին.
V = V0 (1 + ժամը)

որտեղ V- ը գազի ծավալն է t ջերմաստիճանում, ° С; V0- ն դրա ծավալը 0 ° С է: A- ն կոչվում է ծավալային ընդլայնման ջերմաստիճանի գործակից: Բոլոր գազերի համար a = (1/273 ° С-1): Հետեւաբար,
V = V0 (1 + (1/273) տ)

Գրաֆիկորեն, ջերմաստիճանի ծավալից կախվածությունը պատկերված է ուղիղ գծով `իզոբար (նկ. 2): Շատ ցածր ջերմաստիճաններում (մոտ -273 ° C) Գեյ -Լուսակի օրենքը չի կատարվում, ուստի գրաֆիկի պինդ գիծը փոխարինվում է կետավոր գծով:

գ) Չարլզի օրենքը. հաստատուն ծավալով, գազի տվյալ զանգվածի ճնշումը ուղիղ համեմատական ​​է նրա բացարձակ ջերմաստիճանին.
p = p0 (1 + gt)

որտեղ p0 գազի ճնշումն է t = 273.15 Կ ջերմաստիճանում:
G- ի արժեքը կոչվում է ճնշման ջերմաստիճանի գործակից: Դրա արժեքը կախված չէ գազի բնույթից. բոլոր գազերի համար = 1/273 ° С-1: Այսպիսով,
p = p0 (1 + (1/273) տ)

Temperatureերմաստիճանից ճնշման գրաֆիկական կախվածությունը պատկերված է ուղիղ գծով `իզոքոր (նկ. 3):

դ) Ավոգադրոյի օրենքը. միևնույն ճնշումների և նույն ջերմաստիճանների և տարբեր իդեալական գազերի հավասար ծավալների դեպքում պարունակվում է նույն քանակությամբ մոլեկուլներ. կամ, որը նույնն է. նույն ճնշումների և միևնույն ջերմաստիճանի դեպքում տարբեր իդեալական գազերի գրամոլեկուլները զբաղեցնում են նույն ծավալները:
Օրինակ, նորմալ պայմաններում (t = 0 ° C և p = 1 atm = 760 մմ Hg), բոլոր իդեալական գազերի գրամոլեկուլները զբաղեցնում են Vm = 22.414 լիտր ծավալը: Մոլեկուլների թիվը 1 սմ 3-ում նորմալ պայմաններում իդեալական գազը կոչվում է Լոշմիդտի թիվ; այն հավասար է 2.687 * 1019> 1 / սմ 3
3. Իդեալական գազի վիճակի հավասարումը ունի հետևյալ տեսքը.
pVm = RT

որտեղ p, Vm և T են գազի ճնշումը, մոլային ծավալը և բացարձակ ջերմաստիճանը, իսկ R- ը համընդհանուր գազի հաստատունն է, որը թվայինորեն հավասար է իզոբարային տաքացումով 1 մոլ իդեալական գազի կատարած աշխատանքին մեկ աստիճանով.
R = 8.31 * 103 J / (կմոլ * աստիճան)

Գազի կամայական M զանգվածի համար ծավալը կլինի V = (M / m) * Vm, և վիճակի հավասարումը.
pV = (Մ / մ) RT

Այս հավասարումը կոչվում է Մենդելեև-Կլապեյրոնի հավասարում:
4. Մենդելեև - Կլապեյրոնի հավասարումից հետևում է, որ իդեալական գազի մեկ միավորի մեջ պարունակվող մոլեկուլների թիվը n0 հավասար է
n0 = NA / Vm = p * NA / (R * T) = p / (kT)

որտեղ k = R / NA = 1/38 * 1023 J / deg- ը Բոլցմանի հաստատունն է, NA- ն Ավոգադրոյի թիվն է:

Պետության հավասարումըիդեալական գազ(երբեմն հավասարումըԿլապեյրոնակամ հավասարումըՄենդելեևը - Կլապեյրոնա) բանաձև է, որը կապ է հաստատում ճնշման, մոլային ծավալի և իդեալական գազի բացարձակ ջերմաստիճանի միջև: Հավասարումն է.

Քանի որ, որտեղ է նյութի քանակը, և, որտեղ է զանգվածը, մոլային զանգվածն է, վիճակի հավասարումը կարելի է գրել.

Այս նշումը անվանվել է Մենդելեև-Կլապեյրոնի հավասարման (օրենքի) անունով:

Գազի մշտական ​​զանգվածի դեպքում հավասարումը կարող է գրվել այսպես.

Վերջին հավասարումը կոչվում է գազի միասնական օրենք... Բոյլի օրենքները բխում են դրանից `Մարիոթ, Չարլզ և Գեյ -Լուսակ.

- Բոյլի օրենքը `Մարիոթ.

- Գեյ Լուսակի օրենքը.

- օրենքՉարլզ(Գայ-Լուսակի երկրորդ օրենքը, 1808): Եվ համամասնության տեսքով այս օրենքը հարմար է մի վիճակից մյուսը գազի փոխանցումը հաշվարկելու համար: Քիմիկոսի տեսանկյունից այս օրենքը կարող է մի փոքր այլ կերպ հնչել. Միևնույն պայմաններում (ջերմաստիճան, ճնշում) ռեակցիայի մեջ մտնող գազերի ծավալները վերաբերում են միմյանց և ձևավորված գազային միացությունների ծավալներին `որպես պարզ ամբողջ թվեր: Օրինակ, ջրածնի 1 ծավալը միանում է քլորի 1 ծավալի հետ, և ձևավորվում է 2 հատ ջրածնի քլորիդ.

1 Ազոտի ծավալը զուգակցվում է ջրածնի 3 ծավալի հետ ՝ առաջացնելով 2 ծավալ ամոնիակ.

- Բոյլի օրենքը `Մարիոթ... Բոյլի օրենքը կոչվում է իռլանդացի ֆիզիկոս, քիմիկոս և փիլիսոփա Ռոբերտ Բոյլի (1627-1691) անունով, ով հայտնաբերել է այն 1662 թվականին, ինչպես նաև ի պատիվ ֆրանսիացի ֆիզիկոս Էդմ Մարիոտի (1620-1684), ով այս օրենքը հայտնաբերել է Բոյլից անկախ 1677 թ. Որոշ դեպքերում (գազի դինամիկայում) իդեալական գազի վիճակի հավասարումը կարող է հարմար ձևով գրվել

որտեղ է ադիաբատիկ ինդեքսը, դա նյութի միավոր զանգվածի ներքին էներգիան է: Էմիլ Ամագան պարզեց, որ բարձր ճնշումների դեպքում գազերի վարքը շեղվում է Բոյլ -Մարիոտ օրենքից: Եվ այս հանգամանքը կարող է պարզվել մոլեկուլային հասկացությունների հիման վրա:

Մի կողմից, բարձր սեղմված գազերի դեպքում մոլեկուլների չափերն իրենք համեմատելի են մոլեկուլների միջև եղած հեռավորությունների հետ: Այսպիսով, ազատ տարածությունը, որի մեջ մոլեկուլները շարժվում են, փոքր է գազի ընդհանուր ծավալից: Այս հանգամանքը մեծացնում է պատի վրա մոլեկուլների ազդեցությունների թիվը, քանի որ այն նվազեցնում է այն հեռավորությունը, որը մոլեկուլը պետք է թռչի պատին հասնելու համար: Մյուս կողմից, խիստ սեղմված և, հետևաբար, ավելի խիտ գազի դեպքում մոլեկուլները զգալիորեն ավելի շատ են գրավում այլ մոլեկուլներ, քան հազվագյուտ գազի մոլեկուլները: Սա, ընդհակառակը, նվազեցնում է պատի վրա մոլեկուլների ազդեցությունների քանակը, քանի որ այլ մոլեկուլների գրավչության դեպքում գազի մոլեկուլները շարժվում են դեպի պատը ավելի ցածր արագությամբ, քան գրավչության բացակայության դեպքում: Ոչ շատ բարձր ճնշումների դեպքում երկրորդ հանգամանքն ավելի կարևոր է, և արտադրանքը փոքր -ինչ նվազում է: Շատ բարձր ճնշումների դեպքում առաջին հանգամանքը կարևոր դեր է խաղում և արտադրանքը մեծանում է:

5. Իդեալական գազերի մոլեկուլային-կինետիկ տեսության հիմնական հավասարումը

Մոլեկուլային կինետիկ տեսության հիմնական հավասարումը ստանալու համար մենք համարում ենք միատոմ իդեալական գազ: Ենթադրենք, գազի մոլեկուլները քաոսային են շարժվում, գազի մոլեկուլների միջև փոխադարձ բախումների թիվն աննշան է անոթների պատերին հասցված հարվածների քանակի համեմատ, և անոթների պատերին մոլեկուլների բախումները բացարձակ առաձգական են: Եկեք ընտրենք որոշակի տարրական տարածք DS անոթի պատին և հաշվենք այս տարածքի վրա գործադրվող ճնշումը: Յուրաքանչյուր բախման ժամանակ տեղամասին ուղղահայաց շարժվող մոլեկուլը նրան ազդակ է փոխանցում մ 0 v - ( - մ 0 v) = 2 մ 0 v, որտեղ Տ 0 մոլեկուլի զանգվածն է, v - դրա արագությունը:

Dt ժամանակի ընթացքում միայն այն մոլեկուլներն են, որոնք փակված են DS բազայով և բարձրությամբ գլանի ծավալում vԴ տ Այս մոլեկուլների թիվն է nԴ ՍբԴ տ (n-մոլեկուլների կոնցենտրացիան):

Այնուամենայնիվ, պետք է հաշվի առնել, որ մոլեկուլներն իրականում շարժվում են դեպի կայք

DS տարբեր անկյուններում և ունեն տարբեր արագություններ, և մոլեկուլների արագությունը փոխվում է յուրաքանչյուր բախման հետ: Հաշվարկները պարզեցնելու համար մոլեկուլների քաոսային շարժումը փոխարինվում է երեք փոխադարձ ուղղահայաց ուղղություններով շարժումով, այնպես որ ժամանակի ցանկացած պահի մոլեկուլների 1/3 -ը շարժվում է դրանցից յուրաքանչյուրի երկայնքով, մոլեկուլների կեսը (1/6) շարժվում է: այս ուղղությամբ մեկ ուղղությամբ, կեսը հակառակ ուղղությամբ: ... Այնուհետեւ DS տարածքի դեմ տվյալ ուղղությամբ շարժվող մոլեկուլների ազդեցությունների թիվը կլինի 1/6 nDSvDt: Երբ նրանք բախվում են տարածքի հետ, այդ մոլեկուլները դրան իմպուլս կտան

Դ Ռ = 2մ 0 v 1 / 6 nԴ ՍբԴ տ= 1/3 ն մ 0 v 2 Դ ՍԴ տ.

Այնուհետեւ գազի ճնշումը, որը նրա կողմից գործադրվում է անոթի պատին, գտնվում է

էջ= DP / (DtDS) = 1/3 նմ 0 վ 2: (3.1)

Եթե ​​գազը ծավալային է Վ պարունակում է Ն մոլեկուլները,

շարժվում է արագությամբ v 1 , v 2 , ..., v Ն, ապա

նպատակահարմար է հաշվի առնել արմատային միջին քառակուսի արագություն

բնութագրելով գազի մոլեկուլների ամբողջ փաթեթը:

Հաշվարկը (3.1) հաշվի առնելով (3.2) վերցնում է ձևը

p = 1 / 3 Ուրբ 0 2 . (3.3)

Արտահայտությունը (3.3) կոչվում է իդեալական գազերի մոլեկուլային կինետիկ տեսության հիմնական հավասարումը: Accշգրիտ հաշվարկ `հաշվի առնելով մոլեկուլների շարժը բոլորի մեջ

հնարավոր ուղղությունները տալիս են նույն բանաձևը:

Հաշվի առնելով դա n = N / V, ստանալ

որտեղ Է գազի բոլոր մոլեկուլների թարգմանական շարժման ընդհանուր կինետիկ էներգիան է:

Քանի որ գազի զանգվածը մ =Nm 0, ապա հավասարումը (3.4) կարող է վերաշարադրվել որպես

pV= 1/3 մ 2 .

Մեկ մոլ գազի դիմաց t = M (M - մոլային զանգված), հետևաբար

pVմ = 1/3 Մ 2 ,

որտեղ Վ մ - մոլային ծավալը: Մյուս կողմից, ըստ Clapeyron - Mendeleev հավասարման, pV մ = RT Այսպիսով,

RT = 1/3 Մ 2, որտեղից

Քանի որ М = m 0 N A, որտեղ m 0- ը մեկ մոլեկուլի զանգվածն է, իսկ N A- ն Ավոգադրոյի հաստատունն է, (3.6) հավասարումից հետևում է, որ

որտեղ կ = Հ / Հ Ա- Բոլցմանի հաստատուն: Այսպիսով, մենք գտնում ենք, որ սենյակային ջերմաստիճանում թթվածնի մոլեկուլներն ունեն արմատային միջին քառակուսի արագություն ՝ 480 մ / վ, ջրածինը ՝ 1900 մ / վ: Հեղուկ հելիումի ջերմաստիճանում նույն արագությունները կլինեն համապատասխանաբար 40 և 160 մ / վրկ:

Մեկ իդեալական գազի մոլեկուլի թարգմանական շարժման միջին կինետիկ էներգիան

) 2 /2 = 3 / 2 kT (43.8)

(մենք օգտագործել ենք բանաձևեր (3.5) և (3.7)) համաչափ է թերմոդինամիկ ջերմաստիճանին և կախված է միայն դրանից: Այս հավասարումից հետևում է, որ T = 0 -ում = 0, այսինքն Այսինքն, 0 K- ում գազի մոլեկուլների թարգմանական շարժումը դադարում է, և, հետևաբար, դրա ճնշումը զրո է: Այսպիսով, թերմոդինամիկ ջերմաստիճանը իդեալական գազի մոլեկուլների թարգմանական շարժման միջին կինետիկ էներգիայի չափիչ է, և բանաձևը (3.8) բացահայտում է ջերմաստիճանի մոլեկուլային-կինետիկ մեկնաբանությունը: