Idealios dujos ir jų savybės. Kas yra idealios dujos

Anotacija: tradicinis temos pristatymas, papildytas demonstravimu kompiuteriniu modeliu.

Iš trijų agreguotų materijos būsenų paprasčiausia yra dujinė būsena. Dujose jėgos, veikiančios tarp molekulių, yra mažos ir tam tikromis sąlygomis gali būti nepaisoma.

Dujos vadinamos tobulas , Jei:

Galima nepaisyti molekulių dydžių, t.y. molekules galima laikyti materialiais taškais;

Galima nepaisyti molekulių sąveikos jėgų (potenciali molekulių sąveikos energija yra daug mažesnė už jų kinetinę energiją);

Molekulių susidūrimai tarpusavyje ir su indo sienelėmis gali būti laikomi absoliučiai elastingais.

Tikros dujos savo savybėmis yra artimos idealioms dujoms, kai:

Sąlygos artimos normalioms sąlygoms (t = 0 0 C, p = 1,03·10 5 Pa);

Esant aukštai temperatūrai.

Idealiųjų dujų elgseną reglamentuojantys dėsniai buvo eksperimentiškai atrasti gana seniai. Taigi Boyle-Mariotte įstatymas buvo nustatytas dar XVII a. Pateiksime šių dėsnių formuluotes.

Boilio dėsnis – Mariotė. Tegul dujos būna tokiomis sąlygomis, kai jų temperatūra palaikoma pastovi (tokios sąlygos vadinamos izoterminis ). Tada tam tikros dujų masės slėgio ir tūrio sandauga yra pastovi:

Ši formulė vadinama izoterminė lygtis. Grafiškai p priklausomybė nuo V įvairioms temperatūroms parodyta paveikslėlyje.

Vadinama kūno savybė keisti slėgį, kai keičiasi tūris suspaudžiamumas. Jei tūrio pokytis įvyksta esant T = const, tada apibūdinamas suspaudžiamumas izoterminio gniuždymo koeficientas kuris apibrėžiamas kaip santykinis tūrio pokytis, sukeliantis vienetinį slėgio pokytį.

Idealioms dujoms nesunku apskaičiuoti jų vertę. Iš izoterminės lygties gauname:

Minuso ženklas rodo, kad didėjant tūriui, slėgis mažėja. Taigi idealių dujų izoterminio suspaudimo koeficientas yra lygus jų slėgio atvirkštiniam koeficientui. Didėjant slėgiui, jis mažėja, nes Kuo didesnis slėgis, tuo mažesnė galimybė dujoms toliau suspausti.

Gay-Lussac dėsnis. Tegul dujos būna tokiomis sąlygomis, kai jų slėgis yra pastovus (tokios sąlygos vadinamos izobarinis ). Juos galima pasiekti dedant dujas į cilindrą, uždarytą judančiu stūmokliu. Tada pasikeitus dujų temperatūrai stūmoklis judės ir pasikeis tūris. Dujų slėgis išliks pastovus. Tokiu atveju tam tikros dujų masės tūris bus proporcingas temperatūrai:

čia V 0 yra tūris esant temperatūrai t = 0 0 C, - tūrio plėtimosi koeficientas dujų Jis gali būti pavaizduotas forma, panašia į suspaudžiamumo koeficientą:

Grafiškai V priklausomybė nuo T esant įvairiems slėgiams parodyta paveikslėlyje.

Pereinant nuo temperatūros Celsijaus į absoliučią temperatūrą, Gay-Lussac dėsnį galima parašyti taip:

Charleso įstatymas. Jei dujos yra tokiomis sąlygomis, kai jų tūris išlieka pastovus ( izochorinis sąlygomis), tada tam tikrai dujų masei slėgis bus proporcingas temperatūrai:

kur p 0 - slėgis esant temperatūrai t = 0 0 C, - slėgio koeficientas. Tai rodo santykinį dujų slėgio padidėjimą, kai jis įkaista 1 0:

Charleso įstatymas taip pat gali būti parašytas taip:

Avogadro dėsnis: Vienas molis bet kokių idealių dujų toje pačioje temperatūroje ir slėgyje užima tą patį tūrį. Normaliomis sąlygomis (t = 0 0 C, p = 1,03·10 5 Pa) šis tūris lygus m -3 /mol.

Dalelių, esančių 1 molyje įvairių medžiagų, skaičius vadinamas. Avogadro konstanta :

Įprastomis sąlygomis nesunku apskaičiuoti dalelių skaičių n0 1 m3:

Šis numeris vadinamas Loschmidto numeris.

Daltono dėsnis: idealių dujų mišinio slėgis lygus į jį patenkančių dujų dalinių slėgių sumai, t.y.

kur - dalinis slėgis- slėgis, kurį darytų mišinio komponentai, jei kiekvienas iš jų užimtų tūrį, lygų mišinio tūriui toje pačioje temperatūroje.

Clapeyrono – Mendelejevo lygtis. Iš idealių dujų dėsnių galime gauti būsenos lygtis , jungiantis T, p ir V idealiųjų dujų pusiausvyros būsenoje. Šią lygtį pirmasis gavo prancūzų fizikas ir inžinierius B. Clapeyronas ir rusų mokslininkai D.I. Todėl Mendelejevas turi jų vardą.

Tegul tam tikra dujų masė užima V 1 tūrį, slėgis p 1 ir temperatūra T 1. Ta pati dujų masė skirtingoje būsenoje apibūdinama parametrais V 2, p 2, T 2 (žr. pav.). Perėjimas iš 1 būsenos į 2 būseną vyksta dviejų procesų forma: izoterminiu (1–1") ir izochoriniu (1"–2).

Šiems procesams galime parašyti Boyle – Mariotte ir Gay – Lussac dėsnius:

Iš lygčių pašalinę p 1 ", gauname

Kadangi 1 ir 2 būsenos buvo pasirinktos savavališkai, paskutinę lygtį galima parašyti taip:

Ši lygtis vadinama Clapeyrono lygtis , kurioje B yra konstanta, skirtinga skirtingoms dujų masėms.

Mendelejevas sujungė Clapeyrono lygtį su Avogadro dėsniu. Pagal Avogadro dėsnį, 1 molis bet kokių idealių dujų, kurių p ir T yra vienodi, užima vienodą tūrį V m, todėl konstanta B bus vienoda visoms dujoms. Ši visoms dujoms būdinga konstanta žymima R ir vadinama universali dujų konstanta. Tada

Ši lygtis yra idealiųjų dujų būsenos lygtis , kuris dar vadinamas Clapeyrono-Mendelejevo lygtis .

Visuotinės dujų konstantos skaitinė vertė gali būti nustatyta pakeičiant p, T ir V m reikšmes į Clapeyrono-Mendelejevo lygtį normaliomis sąlygomis:

Clapeyrono-Mendelejevo lygtį galima parašyti bet kokiai dujų masei. Norėdami tai padaryti, atminkite, kad m masės dujų tūris yra susietas su vieno molio tūriu pagal formulę V = (m/M)V m, kur M yra molinė dujų masė. Tada m masės dujų Clapeyrono-Mendelejevo lygtis bus tokia:

kur yra apgamų skaičius.

Dažnai idealių dujų būsenos lygtis rašoma terminais Boltzmanno konstanta :

Remiantis tuo, būsenos lygtis gali būti pavaizduota kaip

kur yra molekulių koncentracija. Iš paskutinės lygties aišku, kad idealių dujų slėgis yra tiesiogiai proporcingas jų temperatūrai ir molekulių koncentracijai.

Maža demonstracija Idealiųjų dujų dėsniai. Paspaudus mygtuką "Pradėkime" Paspaudus mygtuką pamatysite vedėjo komentarus apie tai, kas vyksta ekrane (juoda spalva) ir kompiuterio veiksmų aprašymą "Kitas"(ruda). Kai kompiuteris „užimtas“ (t. y. vyksta eksperimentas), šis mygtukas neaktyvus. Pereikite prie kito kadro tik supratę dabartinio eksperimento rezultatą. (Jei jūsų suvokimas nesutampa su vedėjo komentarais, parašykite!)

Galite patikrinti idealių dujų įstatymų galiojimą pagal esamus

Atitinka šias sąlygas:

1) vidinis dujų molekulių tūris yra nereikšmingas, palyginti su indo tūriu;

2) tarp dujų molekulių nėra sąveikos jėgų;

3) dujų molekulių susidūrimai tarpusavyje ir su indo sienelėmis yra absoliučiai elastingi.

2. Kokie parametrai apibūdina dujų būseną? Pateikite parametrų p, T molekulinę kinetinę interpretaciją.

Dujų masės m būsena apibūdinama šiais parametrais: slėgis p, tūris V, temperatūra T.

3. Užrašykite formulę, jungiančią temperatūras Kelvino skalėje ir Celsijaus skalėje? Kokia yra absoliutaus nulio fizinė prasmė?

Ryšys tarp termodinaminės temperatūros T ir temperatūros Celsijaus laipsnių skalėje yra T = t + 273,15. Esant absoliučiam nuliui, molekulių energija lygi nuliui.

4. Užrašykite idealiųjų dujų būsenos lygtį.

Idealių dujų būsenos lygtis (kartais Clapeyron lygtis arba Clapeyron-Mendelejevo lygtis) yra formulė, kuri nustato ryšį tarp idealių dujų slėgio, molinio tūrio ir absoliučios temperatūros. Lygtis yra tokia: , kur p – slėgis, Vμ – molinis tūris, T – absoliuti temperatūra, R – universali dujų konstanta.

5. Kuris procesas vadinamas izoterminiu? Užsirašykite ir suformuluokite Boyle-Mariotte dėsnį ir nubrėžkite slėgio ir tūrio grafiką.

D Tam tikrai dujų masei esant pastoviai temperatūrai, dujų slėgio ir jų tūrio sandauga yra pastovi vertė, esant . Procesas, vykstantis esant pastoviai temperatūrai, vadinamas izoterminiu.

6. Koks procesas vadinamas izochoriniu? Užsirašykite ir suformuluokite Charleso dėsnį. Nubraižykite slėgio ir temperatūros grafiką.

D Tam tikros masės dujų slėgis esant pastoviam tūriui kinta tiesiškai priklausomai nuo temperatūros, esant .

Procesas, vykstantis esant pastoviam tūriui, vadinamas izochoriniu.

7. Koks procesas vadinamas izobariniu? Užsirašykite ir suformuluokite Gay-Lussac dėsnį. Nubraižykite tūrio ir temperatūros grafiką.

APIE Tam tikros masės dujų tūris esant pastoviam slėgiui kinta tiesiškai priklausomai nuo temperatūros: , esant . Procesas, vykstantis esant pastoviam slėgiui, vadinamas izobariniu.

8. Koks procesas vadinamas adiabatiniu? Užrašykite Puasono lygtį ir pavaizduokite ją grafiškai. (žr. priedą Nr. 2)

A Diabatinis procesas yra procesas, kuris vyksta be šilumos mainų su aplinka.

Darbas adiabatinio išsiplėtimo metu atliekamas dėl vidinės energijos praradimo.

Puasono lygtis, kur yra adiabatinis eksponentas.

9. Užrašykite ir suformuluokite pirmąjį termodinamikos dėsnį. Pateikite vidinės energijos, darbo, šilumos kiekio sąvoką.

Sistemos gaunamas šilumos kiekis eina keisti jos vidinę energiją ir atlikti darbą prieš išorines jėgas.

Sistemos vidinės energijos pokytis pereinant iš vienos būsenos į kitą yra lygus išorinių jėgų darbo ir sistemai perduodamos šilumos kiekio sumai ir nepriklauso nuo būdo, kuriuo šis perėjimas atliekamas. išeiti.

10. Užrašykite dujų plėtimosi darbo išraišką. Kaip tai pavaizduoti grafiškai pV diagramoje.

11. Pirmąjį termodinamikos dėsnį taikykite visiems šiame laboratoriniame darbe nagrinėjamiems procesams ir išanalizuokite jo pasekmes.
12. Apibrėžkite savitąsias ir molines šilumos talpas ir užrašykite jų ryšį.

Medžiagos savitoji šiluminė talpa yra vertė, lygi šilumos kiekiui, reikalingam 1 kg medžiagos pašildyti 1 K.

C = cM.
13. Išveskite Majerio lygtį. Kuri šiluminė talpa C P ar C V didesnė ir kodėl?

Molinių ir šiluminių pajėgumų ryšys (Mayer'io lygtys).

Ryšys tarp specifinių šiluminių pajėgumų

Laisvės laipsnių skaičius mechanikoje yra vienas nuo kito nepriklausomų galimų mechaninės sistemos judesių skaičius. Laisvės laipsnių skaičius priklauso nuo sistemą sudarančių medžiagų dalelių skaičiaus ir sistemai taikomų mechaninių jungčių skaičiaus ir pobūdžio. Laisvai dalelei laisvės laipsnių skaičius yra 3, laisvo standaus kūno - 6, kūno su fiksuota sukimosi ašimi laisvės laipsnių skaičius yra 1 ir kt. Bet kuriai holoninei sistemai (sistemai su geometrinėmis jungtimis) laisvės laipsnių skaičius yra lygus vienas nuo kito nepriklausomų koordinačių skaičiui s, lemiančių sistemos padėtį, ir gaunamas lygybe 5 = 3n - k, kur n

16. PV diagramoje paeiliui nubraižykite ir paaiškinkite visus su dujomis vykstančius procesus.

17. Dėl kokios priežasties keičiasi oro temperatūra balione, kai oras pumpuojamas į balioną ir kai jis išleidžiamas iš baliono?

18. Išveskite skaičiavimo formulę šilumos talpų γ santykiui nustatyti.

APIBRĖŽIMAS

Idealios dujos yra paprasčiausias sistemos, susidedančios iš daugybės dalelių, modelis.

Tai dujos, susidedančios iš materialių taškų, kurių masė yra baigtinė, bet nėra tūrio. Šios dalelės negali sąveikauti per atstumą. Idealiųjų dujų dalelių susidūrimai aprašomi naudojant absoliučiai tamprios sferų susidūrimo dėsnius. Reikėtų pažymėti, kad tai susiję su rutulių susidūrimo dėsniais, nes taškinės dalelės patiria tik kaktos susidūrimus, kurie negali pakeisti greičio krypties skirtingais kampais.

Idealios dujos egzistuoja tik teoriškai. Realiame gyvenime ji negali egzistuoti iš principo, nes taškinės molekulės ir jų sąveikos per atstumą nebuvimas yra analogiški jų egzistavimui už erdvės ribų, tai yra jų nebuvimui. Savybėmis artimiausios idealiam dujų modeliui yra žemo slėgio dujos (retintos dujos) ir (arba) aukšta temperatūra. Idealus dujų modelis yra tinkamas kelių dalelių sistemų tyrimo metodams tirti ir susipažinti su atitinkamomis sąvokomis.

Intervalais tarp susidūrimų idealių dujų molekulės juda tiesia linija. Žinomi susidūrimų ir smūgių į laivų, kuriuose yra dujų, sieneles dėsniai. Vadinasi, jei žinote visų idealių dujų dalelių padėtį ir greitį tam tikru momentu, tuomet galite rasti jų koordinates ir greičius bet kuriuo kitu laiko momentu. Ši informacija tiksliausiai apibūdina dalelių sistemos būseną. Tačiau dalelių skaičius yra toks didelis, kad dinaminis daugelio dalelių sistemos aprašymas yra netinkamas teorijai ir nenaudingas praktikai. Tai reiškia, kad norint ištirti daugelio dalelių sistemas, informacija turi būti apibendrinta ir priskiriama ne atskiroms dalelėms, o dideliems jų sankaupoms.

Idealus dujų slėgis

Naudojant idealiųjų dujų modelį, buvo galima kokybiškai ir kiekybiškai paaiškinti dujų slėgį ant indo, kuriame jos yra, sienelių. Dujos daro slėgį indo sienelėms, nes jų molekulės sąveikauja su sienelėmis kaip elastingi kūnai pagal klasikinės mechanikos dėsnius. Kiekybiškai idealių dujų slėgis (p) yra lygus:

kur yra vidutinė dujų molekulių transliacinio judėjimo kinetinė energija; - dujų molekulių koncentracija (N - dujų molekulių skaičius inde; V - indo tūris).

Idealūs dujų įstatymai

Dujos, kurios griežtai paklūsta Boyle-Mariotte ir Gay-Lussac dėsniams, vadinamos idealiomis.

Boilio dėsnis – Mariotė. Esant pastoviai idealiųjų dujų masei (m) esant pastoviai temperatūrai (T), dujų slėgio (p) ir jų tūrio (V) sandauga yra pastovi bet kurios atitinkamos medžiagos būsenos vertė:

Gay-Lussac dėsnis. Esant pastoviai dujų masei esant pastoviam slėgiui, galioja toks ryšys:

Realių dujų elgesyje pastebimi nukrypimai nuo Boyle-Mariotte ir Gay-Lussac dėsnių, o šie nukrypimai skirtingoms dujoms yra skirtingi.

Idealioms dujoms galioja Charleso dėsnis. Tai sako, kad esant pastoviai dujų masei, esant pastoviam tūriui, dujų slėgio ir temperatūros santykis nesikeičia:

Norint susieti idealių dujų parametrus, dažnai naudojama būsenos lygtis, kuri yra dviejų mokslininkų Clapeyrono ir Mendelejevo vardai:

kur yra dujų molinė masė; - universali dujų konstanta.

Daltono dėsnis. Idealiųjų dujų mišinio slėgis (p) yra lygus nagrinėjamų dujų dalinių slėgių () sumai:

Šiuo atveju idealių dujų mišinio būsenos lygtis turi formą (2), tarsi dujos būtų chemiškai vienalytės.

Problemų sprendimo pavyzdžiai

1 PAVYZDYS

2 PAVYZDYS

Idealios dujos yra matematinis dujų modelis, kuriame laikoma, kad molekulių potenciali energija yra nereikšminga, palyginti su jų kinetine energija. Tarp molekulių nėra traukos ar atstūmimo jėgų, dalelių susidūrimai tarpusavyje ir su indo sienelėmis yra absoliučiai elastingi, o sąveikos laikas tarp molekulių yra nereikšmingas, palyginti su vidutiniu laiku tarp susidūrimų.

2. Kokie yra molekulių laisvės laipsniai? Kaip laisvės laipsnių skaičius yra susijęs su Puasono santykiu γ?

Kūno laisvės laipsnių skaičius – tai nepriklausomų koordinačių skaičius, kurį reikia nurodyti, norint visiškai nustatyti kūno padėtį erdvėje. Pavyzdžiui, materialus taškas, savavališkai judantis erdvėje, turi tris laisvės laipsnius (koordinatės x, y, z).

Monatominių dujų molekulės gali būti laikomos materialiais taškais tuo pagrindu, kad tokios dalelės (atomo) masė yra sutelkta branduolyje, kurio matmenys yra labai maži (10–13 cm). Todėl monoatominė dujų molekulė gali turėti tik tris transliacinio judėjimo laisvės laipsnius.

Molekulių, susidedančių iš dviejų, trijų ar daugiau atomų, negalima lyginti su materialiais taškais. Dviatominė dujų molekulė, pirmuoju apytiksliu apskaičiavimu, susideda iš dviejų glaudžiai sujungtų atomų, esančių tam tikru atstumu vienas nuo kito

3. Kokia yra idealių dujų šiluminė talpa adiabatinio proceso metu?

Šilumos talpa yra vertė, lygi šilumos kiekiui, kuris turi būti perduotas medžiagai, kad jos temperatūra pakiltų vienu kelvinu.

4. Kokiais vienetais matuojamas slėgis, tūris, temperatūra ir molinės šiluminės talpos SI sistemoje?

Slėgis – kPa, tūris – dm 3, temperatūra – kelvinais, molinės šiluminės talpos – J/(molK)

5. Kokios molinės šiluminės talpos Cp ir Cv?

Dujų šiluminė talpa esant pastoviam tūriui Cv ir šiluminė talpa esant pastoviam slėgiui Cr.

Esant pastoviam tūriui, išorinių jėgų darbas yra lygus nuliui, o visas šilumos kiekis, perduodamas dujoms iš išorės, atitenka jų vidinei energijai U didinti. Vadinasi, dujų molinė šiluminė talpa esant pastoviam tūriui C v skaičiais lygus vieno molio dujų ∆U vidinės energijos pokyčiui, kai jų temperatūra padidėja 1 K:

∆U=i/2*R(T+1)-i/2RT=i/2R

Taigi, pastovaus tūrio dujų molinė šiluminė talpa

SU v=i/2R

savitoji šiluminė talpa esant pastoviam tūriui

SU v=i/2*R/µ

Kaitinant dujas esant pastoviam slėgiui, joms iš išorės perduodamas šilumos kiekis eina ne tik didinti jų vidinę energiją, bet ir atlikti darbą A prieš išorines jėgas. Vadinasi, dujų šiluminė talpa esant pastoviam slėgiui yra didesnė už pastovaus tūrio šiluminę talpą darbu A, kurį atlieka vienas molis dujų plėtimosi metu, kai jų temperatūra padidėja 1 K esant pastoviam slėgiui P:

C p = SU v+A

Galima parodyti, kad molio dujų darbas yra A=R, tada

C p = SU v+R=(i+2)/2*R

Naudodami santykį tarp specifinės ir molinės šiluminės talpos, nustatome specifinę šiluminę talpą:

C p = (i+2)/2*R

Tiesiogiai išmatuoti specifines ir molines šilumines talpas yra sunku, nes dujų šiluminė talpa bus maža dalis talpos, kurioje yra dujos, šiluminės talpos, todėl matavimas bus itin netikslus.

Lengviau išmatuoti didumo santykį C p / SU v

γ=C p / SU v=(i+2)/i.

Šis santykis priklauso tik nuo molekulių, sudarančių dujas, laisvės laipsnių skaičiaus.

Fizikos mokslas vaidina svarbų vaidmenį tiriant aplinkinį pasaulį. Todėl jos sąvokos ir dėsniai pradedami dėstyti mokykloje. Medžiagos savybės matuojamos įvairiais aspektais. Jei atsižvelgsime į jo agregacijos būseną, tada yra speciali technika. Idealios dujos yra fizinė sąvoka, leidžianti įvertinti medžiagos, sudarančios visą mūsų pasaulį, savybes ir charakteristikas.

Bendras apibrėžimas

Idealios dujos yra modelis, kuriame neatsižvelgiama į sąveiką tarp molekulių. Bet kurios medžiagos dalelių sąveikos procesas yra gana sudėtingas.

Kai jie skrenda arti vienas kito ir yra labai nedideliu atstumu, jie vienas kitą stipriai atstumia. Tačiau dideliais atstumais tarp molekulių veikia palyginti mažos traukos jėgos. Jei vidutinis atstumas, kuriuo jie yra vienas nuo kito, yra didelis, tokia medžiagos padėtis vadinama retintomis dujomis. Tokių dalelių sąveika pasireiškia retais molekulių susidūrimais. Tai atsitinka tik tada, kai jie skrenda arti vienas kito. Idealiose dujose į molekulių sąveiką visiškai neatsižvelgiama. Idealiose dujose molekulių skaičius yra labai didelis. Todėl skaičiavimai atliekami tik naudojant statistinį metodą. Be to, reikia pažymėti, kad šiuo atveju medžiagos dalelės erdvėje pasiskirsto tolygiai. Tai yra labiausiai paplitusi idealių dujų būsena.

Kada dujos gali būti laikomos idealiomis?

Yra keletas veiksnių, dėl kurių dujos vadinamos idealiomis. Pirmasis požymis – molekulių, kaip absoliučiai elastingų kūnų, elgesys tarp jų nėra patrauklių jėgų. Tokiu atveju dujos labai išsikraus. Atstumas tarp mažiausių medžiagos komponentų bus daug didesnis nei jų dydžiai. Tokiu atveju šiluminė pusiausvyra bus pasiekta akimirksniu visame tūryje. Norint pasiekti idealių dujų padėtį laboratorinėmis sąlygomis, tikroji rūšis atitinkamai sumažinama. Kai kurios dujinės būsenos medžiagos, net esant kambario temperatūrai ir normaliam atmosferos slėgiui, praktiškai nesiskiria nuo idealios būsenos.

Modelio taikymo ribos

Gamtinės dujos svarstomos priklausomai nuo pavestų užduočių. Jei tyrėjui duota užduotis nustatyti ryšį tarp temperatūros, tūrio ir slėgio, tuomet galima laikyti idealią medžiagos būseną, kai dujos turi didelį tikslumą iki slėgio, išmatuoto keliomis dešimtimis atmosferų. Tačiau tiriant fazių virsmus, pavyzdžiui, garavimą ir kondensaciją, pusiausvyros dujose pasiekimo procesą, nagrinėjamas modelis negali būti naudojamas net esant labai žemam slėgiui. Dujų slėgis ant mėgintuvėlio sienelės atsiranda, kai molekulės atsitiktinai patenka į stiklą. Kai tokie sukrėtimai dažni, žmogaus organizmas šiuos pokyčius gali suvokti kaip nuolatinį poveikį.

Ideali dujų lygtis

Remiantis pagrindiniais molekulinės kinetinės teorijos principais, buvo išvesta pagrindinė idealių dujų lygtis.

Idealiųjų dujų darbas turi tokią išraišką: p = 1 / 3 m 0 nv 2, kur p yra idealių dujų slėgis, m 0 - molekulinė masė, v 2 - vidutinė dalelių koncentracija, molekulinis greitis. Jei vidutinį kinetinį medžiagos dalelių judėjimą pažymėsime Ek = m 0 n/ 2, tada lygtis bus tokia: p = 2 / 3 nEk. Dujų molekulės, atsitrenkusios į indo sieneles, pagal mechanikos dėsnius sąveikauja su jais kaip elastingais kūnais. Tokių smūgių impulsas perduodamas indo sienelėms.

Temperatūra

Skaičiuojant tik dujų slėgį ant indo sienelių, neįmanoma nustatyti vidutinės jo dalelių kinetinės energijos.

Be to, to negalima padaryti nei atskirai molekulei, nei jų koncentracijai. Todėl norint išmatuoti dujų parametrus, būtina nustatyti dar vieną kiekį. Tai temperatūra, kuri taip pat yra susijusi su molekulių kinetine energija. Šis indikatorius veikia kaip skaliarinis fizinis dydis. Temperatūra apibūdina termodinaminę pusiausvyrą. Esant tokiai būsenai, mikro lygiu parametrai nesikeičia. Temperatūra matuojama kaip nuokrypis nuo nulio. Tai apibūdina chaotiško mažiausių dujų dalelių judėjimo prisotinimą. Jis matuojamas vidutine jų kinetinės energijos verte. Šis indikatorius nustatomas naudojant termometrus įvairių ženklų laipsniais. Yra termodinaminė absoliuti skalė (Kelvinas) ir jos empirinės atmainos. Jie skiriasi pradiniais taškais.

Idealiųjų dujų padėties lygtis atsižvelgiant į temperatūrą

Fizikas Boltzmannas teigia, kad vidutinė dalelės kinetinė energija yra proporcinga absoliučiai temperatūrai. Ek = 3 / 2 kT, kur k = 1,38∙10-23, T yra temperatūra. Idealiųjų dujų darbas bus lygus: P = NkT/V, kur N – molekulių skaičius, V – indo tūris. Jei prie šio rodiklio pridėsime koncentraciją n = N/V, tai aukščiau pateikta formulė atrodys taip: p = nkT. Šios dvi lygtys turi skirtingas rašymo formas, tačiau jos susieja idealių dujų slėgį, tūrį ir temperatūrą. Šie skaičiavimai gali būti taikomi tiek grynoms dujoms, tiek jų mišiniams. Pastarojoje versijoje n turi būti suprantamas kaip visas medžiagų molekulių skaičius, bendra jų koncentracija arba bendras molių skaičius medžiagoje.

Trys dujų įstatymai

Idealios dujos ir jų dėsniai buvo atrasti eksperimentiškai ir tik tada patvirtinti teoriškai.

Pirmasis konkretus dėsnis teigia, kad idealių dujų, kurių masė ir temperatūra yra pastovi, slėgis bus atvirkščiai proporcingas jų tūriui. Procesas, kurio metu temperatūra yra pastovi, vadinamas izoterminiu. Jei tyrimo metu slėgis yra pastovus, tai tūris yra proporcingas absoliučiai temperatūrai. Šis įstatymas pavadintas Gay-Lussac. Izochorinis procesas vyksta esant pastoviam tūriui. Šiuo atveju slėgis bus proporcingas absoliučiai temperatūrai. Jo pavadinimas yra Charleso įstatymas. Tai yra trys konkretūs idealių dujų elgesio dėsniai. Jie buvo patvirtinti tik įvaldžius žinias apie molekules.

Absoliuti matavimo skalė

Absoliučioje matavimo skalėje vienetas paprastai vadinamas Kelvinu. Jis buvo pasirinktas pagal populiarią Celsijaus skalę. Vienas Kelvinas atitinka vieną Celsijaus laipsnį. Tačiau absoliučioje skalėje nulis yra ta vertė, kuriai esant idealių dujų slėgis esant pastoviam tūriui bus lygus nuliui.

Tai yra visuotinai priimta sistema. Ši temperatūros vertė vadinama absoliučiu nuliu. Atlikę atitinkamus skaičiavimus, galite gauti atsakymą, kad šio rodiklio reikšmė bus -273 laipsniai Celsijaus. Tai patvirtina, kad yra ryšys tarp absoliučios ir Celsijaus skalės. Ją galima išreikšti tokia lygtimi: T = t + 237. Reikia pažymėti, kad absoliutaus nulio pasiekti neįmanoma. Bet koks aušinimo procesas yra pagrįstas molekulių išgaravimu nuo medžiagos paviršiaus. Artėjant prie absoliutaus nulio, dalelių transliacinis judėjimas taip sulėtėja, kad garavimas beveik visiškai sustoja. Tačiau grynai teoriniu požiūriu, jei būtų tikrai įmanoma pasiekti absoliutaus nulio tašką, tada molekulių judėjimo greitis sumažėtų tiek, kad jį būtų galima pavadinti visai nebuvimu. Terminis molekulių judėjimas nutrūktų.

Ištyrę tokią koncepciją kaip idealios dujos, galite suprasti bet kurios medžiagos veikimo principą. Išplėtus žinias šioje srityje galima suprasti bet kokios dujinės medžiagos savybes ir elgesį.