الغاز المثالي ، معادلة حالة الغاز المثالي ، درجة حرارته وضغطه ، حجمه ... قائمة المعلمات والتعريفات المستخدمة في القسم المقابل من الفيزياء يمكن أن تستمر لفترة طويلة. اليوم سنتحدث عن هذا الموضوع فقط.

ما الذي يعتبر في الفيزياء الجزيئية؟

الغرض الرئيسي الذي تم تناوله في هذا القسم هو الغاز المثالي. تم الحصول على الغاز المثالي مع مراعاة الظروف البيئية العادية ، وسنتحدث عن هذا بعد قليل. الآن دعونا نتعامل مع هذه "المشكلة" من بعيد.

لنفترض أن لدينا كتلة غاز. يمكن تحديد حالتها باستخدام ثلاثة أحرف. هذه بالطبع هي الضغط والحجم ودرجة الحرارة. ستكون معادلة حالة النظام في هذه الحالة هي صيغة العلاقة بين المعلمات المقابلة. يبدو كالتالي: F (p، V، T) = 0.

هنا ، ولأول مرة ، نقترب ببطء من ظهور مفهوم مثل الغاز المثالي. يطلق عليه غازا تكون فيه التفاعلات بين الجزيئات ضئيلة. بشكل عام ، هذا غير موجود في الطبيعة. ومع ذلك ، فإن أي شخص قريب جدًا منه. يختلف النيتروجين والأكسجين والهواء ، في الظروف العادية ، قليلاً عن المثالي. لكتابة معادلة الحالة للغاز المثالي ، يمكننا استخدام الجمع الذي نحصل عليه: pV / T = const.

المفهوم ذو الصلة رقم 1: قانون أفوجادرو

يمكنه أن يخبرنا أنه إذا أخذنا نفس عدد المولات لأي غاز عشوائي تمامًا ووضعناها في نفس الظروف ، بما في ذلك درجة الحرارة والضغط ، فإن الغازات ستشغل نفس الحجم. على وجه الخصوص ، أجريت التجربة في ظل ظروف طبيعية. وهذا يعني أن درجة الحرارة كانت 273.15 كلفن ، وكان الضغط عبارة عن جو واحد (760 ملم زئبق أو 101325 باسكال). باستخدام هذه المعلمات ، احتل الغاز حجمًا يساوي 22.4 لترًا. لذلك ، يمكننا القول أنه بالنسبة لمول واحد من أي غاز ، ستكون نسبة المعلمات العددية قيمة ثابتة. لهذا السبب تقرر تعيين هذا الرقم بالحرف R وتسميته بثابت الغاز العام. وبالتالي ، فهي تساوي 8.31. وحدة ي / مول * ك.

غاز مثالي. معادلة الغاز المثالية للدولة والتلاعب بها

دعنا نحاول إعادة كتابة الصيغة. للقيام بذلك ، نكتبه على هذا النحو: pV = RT. بعد ذلك ، نقوم بإجراء بسيط ، نضرب طرفي المعادلة بعدد عشوائي من الشامات. نحصل على pVu = uRT. دعونا نأخذ في الاعتبار حقيقة أن ناتج الحجم المولي وكمية المادة هي ببساطة الحجم. ولكن في النهاية ، سيكون عدد المولات مساويًا لحاصل قسمة الكتلة والكتلة المولية في نفس الوقت. هذا ما يبدو عليه ، فهو يعطي فكرة واضحة عن نوع النظام الذي يشكله الغاز المثالي. ستأخذ معادلة الحالة للغاز المثالي الشكل: pV = mRT / M.

نشتق صيغة الضغط

لنقم بمزيد من المعالجات بالتعبيرات الناتجة. للقيام بذلك ، يتم ضرب الجانب الأيمن من معادلة Mendeleev-Clapeyron وقسمته على رقم Avogadro. الآن ننظر بعناية إلى ناتج كمية المادة وهذا ليس سوى العدد الإجمالي للجزيئات في الغاز. لكن في الوقت نفسه ، ستكون نسبة ثابت الغاز العالمي إلى رقم أفوجادرو مساوية لثابت بولتزمان. لذلك ، يمكن كتابة معادلات الضغط على النحو التالي: p = NkT / V أو p = nkT. هنا الرمز n هو تركيز الجسيمات.

عمليات الغاز المثالية

في الفيزياء الجزيئية ، هناك شيء مثل المعالجات المتساوية. هذه هي تلك التي تحدث في النظام بأحد المعلمات الثابتة. في هذه الحالة ، يجب أن تظل كتلة المادة ثابتة أيضًا. دعونا ننظر إليهم بشكل أكثر تحديدًا. إذن ، قوانين الغاز المثالي.

يبقى الضغط ثابتًا

هذا هو قانون جاي لوساك. يبدو مثل هذا: V / T = const. يمكن إعادة كتابته بطريقة أخرى: V = Vo (1 + at). هنا a يساوي 1 / 273.15 K ^ -1 ويسمى "معامل تمدد الحجم". يمكننا التعويض بدرجة الحرارة بالسلسيوس والكلفن. في الحالة الأخيرة ، نحصل على الصيغة V = Voat.

يظل الحجم ثابتًا

هذا هو قانون جاي لوساك الثاني ، والذي يشار إليه أكثر بقانون تشارلز. يبدو مثل هذا: p / T = const. هناك صيغة أخرى: p = po (1 + at). يمكن إجراء التحويلات وفقًا للمثال السابق. كما ترون ، فإن قوانين الغاز المثالية تكون أحيانًا متشابهة تمامًا مع بعضها البعض.

تظل درجة الحرارة ثابتة

إذا ظلت درجة حرارة الغاز المثالي ثابتة ، فيمكننا الحصول على قانون Boyle-Mariotte. يمكن كتابتها على النحو التالي: pV = const.

المفهوم ذو الصلة رقم 2: الضغط الجزئي

لنفترض أن لدينا وعاء به غازات. سيكون خليط. النظام في حالة توازن حراري ، والغازات نفسها لا تتفاعل مع بعضها البعض. هنا سيشير N إلى العدد الإجمالي للجزيئات. N1 و N2 وما إلى ذلك ، على التوالي ، عدد الجزيئات في كل مكون من مكونات الخليط. لنأخذ صيغة الضغط p = nkT = NkT / V. يمكن فتحه لحالة معينة. بالنسبة للخليط المكون من مكونين ، ستتخذ الصيغة الشكل: p = (N1 + N2) kT / V. ولكن بعد ذلك اتضح أن الضغط الكلي سيتم تلخيصه من الضغوط الجزئية لكل خليط. لذلك ، سيبدو مثل p1 + p2 وما إلى ذلك. ستكون هذه ضغوط جزئية.

لما هذا؟

تشير الصيغة التي حصلنا عليها إلى أن الضغط في النظام يأتي من كل مجموعة من الجزيئات. بالمناسبة ، لا تعتمد على الآخرين. استفاد دالتون من ذلك عند صياغة القانون ، الذي سُمي لاحقًا باسمه: في خليط حيث لا تتفاعل الغازات كيميائيًا مع بعضها البعض ، سيكون الضغط الكلي مساويًا لمجموع الضغوط الجزئية.

مشتق على أساس قانون Boyle-Mariotte و Gay-Lussac المشترك باستخدام قانون Avogadro. بالنسبة لجزيء غرام واحد من أي مادة في حالة غازية مثالية ، فإن معادلة مندليف-كلابيرون لها التعبير:

أو PV = RT (11) .

في حالة عدم وجود مولات غاز واحدة ، يأخذ التعبير الشكل:

أين ص-ثابت غاز عالمي مستقل عن طبيعة الغاز.

منذ عدد الجرام مولات الغاز أين م-كتلة الغاز و م-وزنه الجزيئي ، ثم يأخذ التعبير (12) الشكل:

تعتمد القيمة العددية لـ R على وحدة الضغط والحجم. يتم التعبير عن قيمتها بوحدات الطاقة / مولديج. للعثور على القيم الرقمية صنستخدم المعادلة (11) ، ونطبقها على مول واحد من الغاز المثالي في ظل الظروف العادية ،

بالتعويض في المعادلة (11) القيم العددية P = 1 atm ، T = 273 ° و V = 22.4 l ، نحصل عليها

في النظام الدولي للوحدات SI ، يتم التعبير عن الضغط بالنيوتن لكل م 2 (N / م 2) ، والحجم بالمتر 3. ثم .

باستخدام معادلة Mendeleev-Clapeyron ، يمكن إجراء الحسابات التالية: أ) إيجاد المعلمات الفيزيائية لحالة الغاز من وزنه الجزيئي والبيانات الأخرى ، ب) إيجاد الوزن الجزيئي للغاز من البيانات المتعلقة بحالته الفيزيائية (انظر المثال 22).

المثال 11.كم يزن النيتروجين في خزان غاز يبلغ قطره 3.6 متر وارتفاعه 25 مترًا عند درجة حرارة 25 درجة مئوية وضغط 747 ملم زئبق. فن.؟

المثال الثاني 12.في دورق بسعة 500 مل عند درجة حرارة 25 درجة مئوية يوجد 0.615 جم من أكسيد النيتريك (II). ما هو ضغط الغاز في الغلاف الجوي ، N / م 2؟

المثال 13كتلة قارورة سعتها 750 سم 3 مملوءة بالأكسجين عند 27 درجة مئوية هي 83.35 جم ، وكتلة الدورق الفارغ 82.11 جم ، حدد ضغط الأكسجين و مم زئبق. على جدران القارورة.

قانون دالتون

تمت صياغة هذا القانون على النحو التالي: الضغط الكلي لمخاليط الغازات التي لا تتفاعل مع بعضها البعض يساوي مجموع الضغوط الجزئية للأجزاء المكونة (المكونات).

الف \ u003d ص 1 + ص 2 + ف 3 + ... .. + ف ن (14)

حيث P هو الضغط الكلي لخليط الغاز ؛ p 1، p 2، p 3،….، p n هي الضغوط الجزئية لمكونات الخليط.

الضغط الجزئي هو الضغط الذي يمارسه كل مكون من مكونات خليط الغاز ، إذا تخيلنا أن هذا المكون يحتل حجمًا مساويًا لحجم الخليط عند نفس درجة الحرارة. بمعنى آخر ، الضغط الجزئي هو ذلك الجزء من الضغط الكلي لمزيج غاز ، والذي يرجع إلى غاز معين.

من قانون دالتون يترتب على ذلك وجود خليط من الغازات صفي المعادلة (12) هو مجموع عدد مولات جميع المكونات التي تشكل خليطًا معينًا ، و P هو الضغط الكلي للخليط الذي يحتل عند درجة حرارة تيالصوت الخامس.

يتم التعبير عن العلاقة بين الضغوط الجزئية والمجموع بواسطة المعادلات:

حيث n 1، n 2، n 3 هو عدد مولات المكون 1، 2، 3 على التوالي في خليط من الغازات.

تسمى النسب الكسور الجزيئية لمكون معين.

إذا تم الإشارة إلى الكسر المولي بواسطة N ، فإن الضغط الجزئي لأي منها طمكون الخليط (أين أنا = 1،2،3 ، ...) سوف تساوي:

وبالتالي ، فإن الضغط الجزئي لكل مكون من الخليط يساوي ناتج جزء الخلد الخاص به والضغط الكلي لخليط الغاز.

بالإضافة إلى الضغط الجزئي في مخاليط الغاز ، يتم تمييز الحجم الجزئي لكل غاز الإصدار 1 ، الإصدار 2 ، الإصدار 3إلخ.

يُطلق على الحجم الجزئي الحجم الذي سيشغله غاز مثالي منفصل ، وهو جزء من مزيج مثالي من الغازات ، إذا كان له نفس الكمية ضغط ودرجة حرارة الخليط.

مجموع الأحجام الجزئية لجميع مكونات خليط الغازات يساوي الحجم الكلي للخليط

الخامس = الإصدار 1 ،+الإصدار 2 + الخامس 3 + ... + ت (16) .

النسبة ، وما إلى ذلك ، تسمى جزء الحجم من الأول والثاني وما إلى ذلك. مكونات خليط الغازات. بالنسبة للغازات المثالية ، فإن الكسر الجزيئي يساوي جزء الحجم. لذلك ، فإن الضغط الجزئي لكل مكون من الخليط يساوي أيضًا ناتج جزء الحجم والضغط الكلي للخليط.

; ; ص أنا = ص أنا´ ص (17).

عادة ما يتم العثور على الضغط الجزئي من قيمة الضغط الكلي ، مع مراعاة تركيبة خليط الغازات. يتم التعبير عن تكوين خليط الغاز في النسبة المئوية للوزن ونسبة الحجم ونسبة المولي.

النسبة المئوية للحجم هي زيادة حجم الكسر بمقدار 100 مرة (عدد وحدات الحجم لغاز معين في 100 وحدة حجم من الخليط)

نسبة الخلد فيسمى جزء الخلد ، تمت زيادته 100 مرة.

النسبة المئوية للوزن لغاز معين هي عدد وحدات الكتلة الموجودة في 100 وحدة كتلة من خليط الغازات.

حيث م 1 ، م 2 هي كتل المكونات الفردية لخليط الغاز ؛ م-الكتلة الكلية للخليط.

للتبديل من النسبة المئوية للحجم إلى النسبة المئوية للوزن ، وهو أمر ضروري في الحسابات العملية ، استخدم الصيغة:

حيث r i (٪) - النسبة المئوية للحجم طمكون خليط الغازات M i هو الوزن الجزيئي لهذا الغاز ؛ M cf - متوسط ​​الوزن الجزيئي لمزيج من الغازات ، والذي يتم حسابه بواسطة الصيغة

M cf = M 1 ´r 1 + M 2 ´r 2 + M 3 ´r 3 +… .. + M i ´r i (19)

حيث M 1، M 2، M 3، M i هي الأوزان الجزيئية للغازات الفردية.

إذا تم التعبير عن تركيبة خليط الغازات بعدد كتل المكونات الفردية ، فيمكن التعبير عن متوسط ​​الوزن الجزيئي للخليط بالصيغة

حيث G 1، G 2، G 3، G i هي الكسور الكتلية للغازات في الخليط: ؛ إلخ.

المثال 14يتم خلط 5 لترات من النيتروجين عند ضغط 2 ضغط جوي ، 2 لتر من الأكسجين عند ضغط 2.5 ضغط جوي و 3 لترات من ثاني أكسيد الكربون عند ضغط 5 ضغط جوي ، ويكون الحجم المقدم للخليط 15 لترًا. احسب الضغط الذي يكون الخليط تحته والضغوط الجزئية لكل غاز.

ينتشر النيتروجين ، الذي يشغل حجمًا 5 لترات عند ضغط P 1 = 2 ضغط جوي ، بعد الاختلاط مع الغازات الأخرى ، في حجم V 2 = 15 لترًا. الضغط الجزئي للنيتروجين ص N 2\ u003d P 2 نجدها من قانون Boyle-Mariotte (P 1 V 1 \ u003d P 2 V 2). أين

تم العثور على الضغوط الجزئية للأكسجين وثاني أكسيد الكربون بطريقة مماثلة:

الضغط الكلي للخليط.

المثال 15خليط يتكون من 2 مول من الهيدروجين وبعض مولات الأكسجين و 1 مول من النيتروجين عند 20 درجة مئوية وضغط 4 ضغط جوي يحتل حجم 40 لترًا. احسب عدد مولات الأكسجين في الخليط والضغوط الجزئية لكل غاز.

من المعادلة (12) Mendeleev-Clapeyron نجد العدد الإجمالي للمولات لجميع الغازات التي يتكون منها الخليط

عدد مولات الأكسجين في الخليط هو

يتم حساب الضغوط الجزئية لكل غاز باستخدام المعادلات (15 أ):

المثال 17.تتميز تركيبة أبخرة الهيدروكربونات فوق الزيت الماص في أجهزة غسل البنزين ، معبرًا عنها بوحدات الكتلة ، بالقيم التالية: البنزين C 6 H 6 - 73٪ ، التولوين C 6 H 5 CH 3 - 21٪ ، زيلين C 6 H 4 (CH 3) 2-4٪ ، ثلاثي ميثيل بنزين C 6 H 3 (CH 3) 3 - 2٪. احسب محتوى كل مكون بالحجم وضغط البخار الجزئي لكل مادة إذا كان الضغط الكلي للخليط 200 مم زئبق. فن.

لحساب محتوى كل مكون من مزيج البخار بالحجم ، نستخدم الصيغة (18)

لذلك ، من الضروري معرفة M cf ، والتي يمكن حسابها من الصيغة (20):

يتم حساب الضغط الجزئي لكل مكون في الخليط باستخدام المعادلة (17)

ع البنزين= 0.7678´200 = 153.56 مم زئبق ؛ ع التولوين= 0.1875´200 = 37.50 مم زئبق ؛

ص زيلين= 0.0310´200 = 6.20 مم زئبق ؛ ف تريميثيل بنزين= 0.0137´200 = 2.74 مم زئبق

معلومات مماثلة.

قوانين الغاز. معادلة مندليف-كلابيرون.

دراسة تجريبية لخصائص الغازات ، أجريت في القرنين السابع عشر والثامن عشر. بويل ، ماريوت ، جاي لوساك ، تشارلز ، قادوا إلى صياغة قوانين الغاز.

1. عملية متساوية - T =مقدار ثابت .

قانون بويل ماريوت: PV= ثابت.

الرسم البياني التبعية صمن عند الخامسهو مبين في الشكل 2.1. كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زادت درجة الحرارة المقابلة لها ، T 2> T 1.

2. عملية متساوية الضغط - ص= ثابت .

قانون جاي لوساك: .

تظهر مؤامرة V مقابل T في الشكل. 2.2. كلما انخفض خط الإيزوبار إلى محور درجة الحرارة ، زاد الضغط الذي يقابله ، ص 2> ص 1.

3. عملية Isochoric - V.= ثابت .

قانون تشارلز: .

الرسم البياني التبعية صمن عند تيهو مبين في الشكل 2.3. كلما انخفض الإيزوكور إلى محور درجة الحرارة ، زاد الحجم الذي يقابله ، الخامس 2 > الخامس 1 .

بدمج تعبيرات قوانين الغاز ، نحصل على معادلة تتعلق بـ p ، الخامس، T (قانون الغاز المشترك): .

يتم تحديد الثابت في هذه المعادلة تجريبياً. لكمية مادة الغاز 1 خلداتضح أنه يساوي R = 8.31 J / (mol × K) وتم تسميته ثابت الغاز العالمي.

1 مولتساوي كمية مادة نظام يحتوي على العديد من العناصر الهيكلية مثل ذرات الكربون 12 التي تزن 0.012 كجم. عدد الجزيئات (الوحدات الهيكلية) في 1 خلديساوي رقم Avogadro: N A \ u003d 6.02.10 23 مول -1. بالنسبة لـ R ، العلاقة صحيحة: R = ك N أ

وذلك ل واحدصلى: .

للحصول على كمية اعتباطية من الغاز ن = م / م، أين مهي الكتلة المولية للغاز. نتيجة لذلك ، نحصل على معادلة الحالة للغاز المثالي ، أو معادلة Mendeleev-Clapeyron .

1. الغاز المثالي هو الغاز الذي لا توجد فيه قوى للتفاعل بين الجزيئات. بدرجة كافية من الدقة ، يمكن اعتبار الغازات مثالية في الحالات التي يتم فيها النظر في حالاتها ، والتي تكون بعيدة عن مناطق تحولات الطور.
2. تسري القوانين التالية على الغازات المثالية:

أ) قانون بويل - مابوما: عند درجة حرارة وكتلة ثابتين ، يكون ناتج القيم العددية للضغط وحجم الغاز ثابتًا:
pV = const

بيانياً ، يتم تصوير هذا القانون في الإحداثيات РV بخط يسمى متساوي الحرارة (الشكل 1).

ب) قانون جاي لوساك: عند الضغط المستمر ، يتناسب حجم كتلة معينة من الغاز طرديًا مع درجة حرارتها المطلقة:
V = V0 (1 + at)

حيث V هو حجم الغاز عند درجة الحرارة t ، ° С ؛ V0 هو حجمه عند 0 درجة مئوية. تسمى القيمة a معامل درجة حرارة تمدد الحجم. لجميع الغازات أ = (1/273 درجة مئوية -1). لذلك،
الخامس = V0 (1 + (1/273) ر)

بيانياً ، يظهر اعتماد الحجم على درجة الحرارة بخط مستقيم - متساوي الضغط (الشكل 2). في درجات حرارة منخفضة جدًا (قريبة من -273 درجة مئوية) ، لا يتم استيفاء قانون جاي-لوساك ، لذلك يتم استبدال الخط المتصل في الرسم البياني بخط منقط.

ج) قانون تشارلز: عند الحجم الثابت ، يتناسب ضغط كتلة معينة من الغاز طرديًا مع درجة حرارتها المطلقة:
ع = p0 (1 + GT)

حيث p0 هو ضغط الغاز عند درجة الحرارة t = 273.15 K.
تسمى قيمة g معامل درجة الحرارة للضغط. لا تعتمد قيمته على طبيعة الغاز ؛ لجميع الغازات = 1/273 درجة مئوية -1. هكذا،
ع = p0 (1 + (1/273) t)

يتم توضيح الاعتماد الرسومي للضغط على درجة الحرارة بواسطة خط مستقيم - isochore (الشكل 3).

د) قانون أفوجادرو: عند نفس الضغوط ونفس درجات الحرارة وأحجام متساوية من الغازات المثالية المختلفة ، هناك نفس عدد الجزيئات ؛ أو ما هو نفسه: عند نفس الضغوط ودرجات الحرارة نفسها ، تشغل جزيئات الجرام من الغازات المثالية المختلفة نفس الأحجام.
لذلك ، على سبيل المثال ، في ظل الظروف العادية (t \ u003d 0 ° C و p \ u003d 1 atm \ u003d 760 mm Hg) ، تشغل جزيئات الجرام من جميع الغازات المثالية حجم Vm \ u003d 22.414 لتر. عدد الجزيئات في 1 سم 3 من الغاز المثالي في ظل الظروف العادية ، يسمى رقم Loschmidt ؛ إنه يساوي 2.687 * 1019> 1 / سم 3
3. تكون معادلة الحالة للغاز المثالي الشكل:
بفم = RT

حيث p و Vm و T هي الضغط والحجم المولي ودرجة الحرارة المطلقة للغاز ، و R هو ثابت الغاز العالمي ، يساوي عدديًا الشغل الذي يقوم به 1 مول من غاز مثالي أثناء التسخين متساوي الضغط بدرجة واحدة:
ص \ u003d 8.31 * 103 جول / (كمول * درجة)

بالنسبة للكتلة التعسفية M من الغاز ، سيكون الحجم V = (M / m) * Vm وتكون معادلة الحالة بالشكل:
فولت = (م / م) RT

تسمى هذه المعادلة بمعادلة مندليف-كلابيرون.
4. يستنتج من معادلة مندليف-كلابيرون أن عدد الجزيئات n0 الموجودة في وحدة حجم الغاز المثالي يساوي
n0 = NA / Vm = p * NA / (R * T) = p / (kT)

حيث k \ u003d R / NA \ u003d 1/38 * 1023 J / deg - ثابت Boltzmann ، NA - رقم Avogadro.

يستخدم نموذج الغاز المثالي لشرح خصائص المادة في الحالة الغازية.

غاز مثالي تسمية الغاز الذي يمكن إهمال حجم الجزيئات وقوى التفاعل الجزيئي ؛ يحدث تصادم الجزيئات في مثل هذا الغاز وفقًا لقانون اصطدام الكرات المرنة.

غازات حقيقيةتتصرف مثل الشخص المثالي عندما يكون متوسط ​​المسافة بين الجزيئات أكبر بعدة مرات من أحجامها ، أي عند الخلخلة الكبيرة بدرجة كافية.

توصف حالة الغاز بثلاث معاملات V ، P ، T ، بينها علاقة لا لبس فيها ، تسمى معادلة Mendeleev-Clapeyron.

R - ثابت الغاز المولي ، يحدد الشغل الذي يقوم به مول واحد من الغاز عند تسخينه متساوي الضغط بمقدار 1 كلفن.

يرجع اسم هذه المعادلة إلى حقيقة أن D.I. Mendeleev (1874) على أساس تعميم النتائج التي حصل عليها سابقًا العالم الفرنسي B.P. كلابيرون.

هناك عدد من النتائج المهمة التي تنجم عن معادلة حالة الغاز المثالي:

في نفس درجات الحرارة والضغوط ، تحتوي أحجام متساوية من أي غازات مثالية على نفس عدد الجزيئات(قانون أفاغادرو).

ضغط خليط من الغازات المثالية غير المتفاعلة كيميائيًا يساوي مجموع الضغوط الجزئية لهذه الغازات(قانون دالتون ).

نسبة ناتج الضغط وحجم الغاز المثالي إلى درجة حرارته المطلقة هي قيمة ثابتة لكتلة معينة من غاز معين(قانون الغاز المشترك)

يسمى أي تغيير في حالة الغاز عملية ديناميكية حرارية.

أثناء انتقال كتلة معينة من الغاز من حالة إلى أخرى ، في الحالة العامة ، يمكن أن تتغير جميع معلمات الغاز: الحجم والضغط ودرجة الحرارة. ومع ذلك ، في بعض الأحيان يتغير أي اثنان من هذه المعلمات ، بينما يظل الثالث دون تغيير. يتم استدعاء العمليات التي تظل فيها إحدى معلمات حالة الغاز ثابتة ، بينما يتغير الاثنان الآخران المعالجات المتساوية .

§ 9.2.1عملية متساوية الحرارة (T =مقدار ثابت). قانون بويل ماريوت.

ص تسمى العملية التي تحدث في غاز تظل درجة الحرارة فيه ثابتة متحاور ("izos" - "نفس" ؛ "terme" - "الدفء").

في الممارسة العملية ، يمكن تحقيق هذه العملية عن طريق تقليل أو زيادة حجم الغاز ببطء. مع الضغط والتوسع البطيئين ، يتم تهيئة الظروف للحفاظ على درجة حرارة ثابتة للغاز بسبب التبادل الحراري مع البيئة.

إذا زاد الحجم V عند درجة حرارة ثابتة ، ينخفض ​​الضغط P ؛ عندما ينخفض ​​الحجم V ، يزداد الضغط P ، ويتم الحفاظ على ناتج P و V.

pV = const (9.11)

يسمى هذا القانون قانون بويل ماريوت، حيث تم افتتاحه في وقت واحد تقريبًا في القرن السابع عشر. العالم الفرنسي إي ماريوت والعالم الإنجليزي ر. بويل.

قانون بويل ماريوت تمت صياغته على النحو التالي: ناتج ضغط الغاز وحجمه لكتلة غاز معينة هو قيمة ثابتة:

يتم تصوير الاعتماد الرسومي لضغط الغاز P على الحجم V على أنه منحنى (القطع الزائد) ، والذي يسمى متساوي الحرارة(الشكل 9.8). درجات حرارة مختلفة تتوافق مع درجات حرارة مختلفة. تقع متساوي الحرارة المقابلة لدرجة الحرارة الأعلى فوق متساوي الحرارة المقابلة لدرجة الحرارة المنخفضة. وفي إحداثيات VT (الحجم - درجة الحرارة) و PT (الضغط - درجة الحرارة) ، تكون متساوي الحرارة عبارة عن خطوط مستقيمة متعامدة مع محور درجة الحرارة (الشكل).

§ 9.2.2عملية متساوية الضغط (ص= مقدار ثابت). قانون جاي لوساك

تسمى العملية التي تحدث في غاز يظل الضغط فيه ثابتًا متساوى الضغط ("باروس" - "الجاذبية"). أبسط مثال على عملية متساوية الضغط هو تمدد غاز مسخن في أسطوانة بمكبس حر. يسمى تمدد الغاز الذي لوحظ في هذه الحالة التمدد الحراري.

أظهرت التجارب التي أجراها الفيزيائي والكيميائي الفرنسي جاي لوساك في عام 1802 ذلك حجم الغاز لكتلة معينة عند ضغط ثابت لأجشيزيد مع درجة الحرارة(قانون جاي لوساك) :

V = V 0 (1 + αt) (9.12)

تسمى القيمة α معامل درجة حرارة تمدد الحجم(لجميع الغازات
)

إذا استبدلنا درجة الحرارة المقاسة على مقياس مئوية بدرجة الحرارة الديناميكية الحرارية ، نحصل على قانون Gay-Lussac بالصيغة التالية: عند الضغط الثابت ، تكون نسبة الحجم المعطاة بكتلة الغاز المثالي إلى درجة حرارته المطلقة قيمة ثابتة ،هؤلاء.

بيانياً ، يتم تصوير هذا الاعتماد في الإحداثيات Vt على أنه خط مستقيم ينبثق من النقطة t = -273 درجة مئوية. هذا الخط يسمى خط تساوي الضغط الجوي(الشكل 9.9). تختلف الضغوط باختلاف خطوط تساوي الضغط. نظرًا لأن حجم الغاز يتناقص مع زيادة الضغط عند درجة حرارة ثابتة ، فإن الأيزوبار المقابل لضغط أعلى يقع تحت الضغط المتساوي المقابل لضغط أقل. في إحداثيات PV و PT ، تكون خطوط تساوي الضغط عبارة عن خطوط مستقيمة متعامدة مع محور الضغط. في درجات الحرارة المنخفضة ، بالقرب من درجة حرارة تسييل الغازات (تكثيف) ، لا يتم استيفاء قانون جاي-لوساك ، لذلك يتم استبدال الخط الأحمر على الرسم البياني بخط أبيض.

§ 9.2.3عملية Isochoric (الخامس= مقدار ثابت). قانون تشارلز

تسمى العملية التي تحدث في الغاز ، حيث يظل الحجم ثابتًا ، متساوي الصدور ("السعة" - "هوريما"). لتنفيذ عملية isochoric ، يتم وضع الغاز في وعاء محكم لا يغير حجمه.

F أسس الفيزيائي الفرنسي جيه تشارلز: ضغط غاز لكتلة معينة عند حجم ثابت يزداد خطيًا مع الزيادةدرجة الحرارة(قانون تشارلز):

Р = Р 0 (1 + γt) (9.14)

(p - ضغط الغاز عند درجة الحرارة t ، ° C ؛ p 0 - ضغطه عند 0 درجة مئوية].

الكمية γ تسمى معامل درجة حرارة الضغط. لا تعتمد قيمته على طبيعة الغاز: لجميع الغازات
.

إذا استبدلنا درجة الحرارة المقاسة على مقياس سيليزي بدرجة الحرارة الديناميكية الحرارية ، فسنحصل على قانون تشارلز بالصيغة التالية: عند حجم ثابت ، تكون نسبة ضغط كتلة معينة من غاز مثالي إلى درجة حرارته المطلقة قيمة ثابتة ،هؤلاء.

بيانياً ، تم تصوير هذا الاعتماد في الإحداثيات Pt على أنه خط مستقيم يخرج من النقطة t = -273 درجة مئوية. هذا الخط يسمى isochore(الشكل 9.10). أحجام مختلفة تتوافق مع متوازيات مختلفة. نظرًا لأنه مع زيادة حجم الغاز عند درجة حرارة ثابتة ، ينخفض ​​ضغطه ، فإن isochore المقابل لحجم أكبر يقع أسفل isochore المقابل لحجم أصغر. في إحداثيات PV و VT ، تكون الخطوط المتساوية عبارة عن خطوط مستقيمة متعامدة مع محور الحجم. في المنطقة ذات درجات الحرارة المنخفضة القريبة من درجة حرارة تسييل الغازات (التكثيف) ، لم يتم استيفاء قانون تشارلز ، وكذلك قانون جاي لوساك.

وحدة درجة الحرارة على مقياس الديناميكا الحرارية هي كلفن (ك) ؛ يتوافق مع 1 درجة مئوية.

تسمى درجة الحرارة المقاسة على مقياس درجة الحرارة الديناميكي الحراري درجة الحرارة الديناميكية الحرارية. بما أن نقطة انصهار الجليد عند الضغط الجوي العادي ، عند قياسها 0 درجة مئوية ، هي 273.16 كلفن -1 ، إذن