ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Введение. Законы идеального газа. Уравнение Менделеева-КлайперонаМолекулярная физика – раздел физики, изучающий строение и свойства вещества исходя из молекулярно-кинетических представлений, основывающихся на том, что все тела состоят из молекул, находящихся в непрерывном хаотическом движении. Процессы, изучаемые молекулярной физикой, являются результатом совместного действия большого числа молекул. Законы поведения огромного числа молекул изучаются с помощью статистического метода. Этот метод основан на том, что свойства макроскопической системы определяются свойствами частиц системы, особенностями их движения и усредненнымизначениями динамических характеристик этих частиц (скорости, энергии и т. д.). Температура – одно из основных понятий, играющих важную роль не только в термодинамике, но и в физике в целом. Температура – физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. В настоящее время применяют две температурные шкалы – термодинамическую и Международную практическую, градуированные соответственно в кельвинах (К) и в градусах Цельсия (°С). Между температурами в шкале Кельвина и Цельсия имеется следующая связь Т =273+ t Температура T =0 К называется нулем по шлале Кельвина. В молекулярно-кинетической теории пользуются идеализированной моделью идеального газа, согласно которой считают, что: 1) собственный объем молекул газа мал по сравнению с объемом сосуда; 2) между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия; 3) столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда считают абсолютно упругими. На основании многочисленных экспериментов были установлены следующиегазовые законы. Закон Бойля - Мариотта: для данной массы газа при постоянной температуре произведение давления газа на его объем есть величина постоянная: pV = const при Τ = const, m = const (6.1) Кривая, изображающая зависимость между величинами р и V,характеризующими свойства вещества при постоянной температуре, называется изотермой. Изотермы представляют собой гиперболы, расположенные на графике (рис.6.1) тем выше, чем выше температура, при которой происходит процесс.
Закон Гей – Люссака. Объем данной массы газа при постоянном давлении изменяется линейно с температурой: V = V 0(1+α t), при p = const, и m = const; (6.2)
Рис.6.1 Рис.6.2 Рис.6.3 Закон Шарля. Давление данной массы газа при постоянном объеме изменяется линейно с температурой: p = p 0(1+ at) при V = const, т = const (6.3) В этих уравнениях t – температура по шкале Цельсия, p 0и V 0— давление и объем при 0°С, коэффициент a = 1/273,15 К-1. Процесс, протекающий при постоянном давлении, называется изобарным. На диаграмме в координатах V, t (рис.6.2) этот процесс изображается прямой, называемой изобарой. Процесс, протекающий при постоянном объеме, называется изохорным. На диаграмме (рис.6.3) в координатах р, t он изображается прямой, называемой изохорой. Из (6.2) и (6.3) следует, что изобары и изохоры пересекают ось температур в точке t = -1/ a = -273,15 °С, определяемой из условия 1+ at = 0. Если перенести начало отсчета в эту точку, то происходит переход к шкале Кельвина, откуда Τ = t +1/ a. Закон Авогадро: моли любых газов при одинаковых температуре и давлении занимают одинаковые объемы. Принормальных условиях этот объем равен 22,41×10-3 м3/моль. По определению, в одном моле различных веществ содержится одно и то же число молекул, называемое постоянной Авогадро: NА = 6,022 .1023 моль-1. Закон Дальтона: давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений р 1, р 2,···, рп, входящих в нее газов: p = р 1 + р 2 +... + рп. Парциальное давление – давление, которое производил бы газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он один занимал объем, равный объему смеси при той же температуре. Как уже указывалось, состояние некоторой массы газа определяется тремя термодинамическими параметрами: давлением р,объемом V и температурой Т. Между этими параметрами существует определенная связь, называемая уравнением состояния, которое в общем виде дается выражением: F (p, V, T)=0, где каждая из переменных является функцией двух других. Французский физик Б. Клапейрон вывел уравнение состояния идеального газа, объединив законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и Шарля. pV/T = const. (6.4) Выражение (6.4) является уравнением Клапейрона. Д. И. Менделеев объединил уравнение Клапейрона с законом Авогадро и получил уравнение, которое называется уравнением Клапейрона – Менделеева pV = RT = vRT,(6.5) где: v=m/M – количество вещества, т – масса газа, Μ – молярная масса, R =8,31 Дж/(моль К) – универсальная газовая постоянная. Часто пользуются несколько иной формой уравнения состояния идеального газа, вводя постоянную Больцмана k=R/NA = 1,38∙10-23 Дж/К. Исходя из этого, уравнение состояния (6.5) запишем в виде p= RT/Vm = kNAT/Vm = nkT, где NA/Vm=n – концентрация молекул (число молекул в единице объема). Таким образом, из уравнения p=nkT (6.6) следует, что давление идеального газа при данной температуре прямо пропорционально концентрации его молекул (или плотности газа). При одинаковых температуре и давлении все газы содержат в единице объема одинаковое число молекул. Число молекул, содержащихся в 1м3 газа при нормальных условиях, называется числом Лошмидта: Nl = р 0 / (kТ 0) = 2,68∙1025 м-3.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|