Идеален газ и неговото определение

Физическата наука играе важна роля в изучаването на заобикалящия ни свят. Ето защо в училище започват да преминават нейните концепции и закони. Свойствата на веществото се измерват в различни аспекти. Ако разгледаме неговото агрегирано състояние, тогава има специална техника. Идеалният газ е физическа концепция, която ви позволява да оцените свойствата и характеристиките на материала, който изгражда целия ни свят.

Общо определение

Идеалният газ е модел, при който взаимодействието между молекулите обикновено се пренебрегва. Процесът на взаимодействие на частици от всяко вещество е много сложен. Когато летят близо един до друг и са на много малко разстояние, те силно взаимодействат. Но на голямо разстояние между молекулите има относително малки привличащи сили. Ако средното разстояние, на което те са един от друг, е голямо, това положение на веществото се нарича разреден газ. Взаимодействието на такива частици се проявява като рядко въздействие на молекули. Това се случва само когато те летят близо един до друг. При един идеален газ взаимодействието на молекулите изобщо не се взема под внимание. В един идеален газ, броят на молекулите е много голям. Следователно изчисленията се извършват само с помощта на статистическия метод. Освен това трябва да се отбележи, че частиците на веществото в този случай се разпределят равномерно в пространството. Това е най-честото състояние на идеалния газ.

Когато газът може да се счита за идеален

Има няколко фактора, поради които газът се нарича идеален. Първият знак е поведението на молекулите като абсолютно еластични тела, между които липсват привличащи сили. В същото време газът ще бъде много разтоварен. Разстоянието между най-малките съставки на веществото ще бъде много по-голямо от техния размер. В този случай термичното равновесие ще бъде постигнато незабавно в целия обем. За да се постигне позицията на идеален газ в лабораторни условия, неговият реален тип се разрежда съответно. Някои вещества са в газообразно състояние дори при стайна температура и нормално атмосферно налягане практически не се различават от идеалното състояние.

Границите на модела

Идеалният газ се разглежда в зависимост от задачите. Ако на изследователя е възложено да определи връзката между температура, обем и налягане, тогава идеалното състояние може да се счита за такова, че газът има висока точност до налягания, измерени с няколко десетки атмосфери. Но в случай на изучаване на фазовия преход, например изпарение и кондензация, процесът на постигане на равновесие в газ, въпросният модел не може да се приложи дори при много малък натиск. Налягането на газ на стената на тръбата възниква при произволно натоварване на молекули върху стъклото. Когато такива удари са чести, човешкото тяло може да улови тези промени като непрекъснат ефект.

Идеално газово уравнение

Въз основа на основните принципи на молекулярно-кинетичната теория е извлечено основното уравнение на идеалния газ. Работата на идеалния газ има следния израз: p = 1/3 m ₀ nv ² , където p е налягането на газа на идеала, m ₀ е молекулното тегло, v ² е средната концентрация на частиците, квадрата на скоростта на молекулите. Ако обозначим средния индекс на кинетичното движение на частици от материята, като Ek = m ₀ n / ₂ , тогава уравнението ще има следната форма: p = 2/3 nEk. Газовите молекули, удрящи стените на съда, взаимодействат с тях като еластични тела според законите на механиката. Импулсът от такива удари се предава на стените на съда.

температура

След като се изчисли само налягането на газа на стените на съда, не е възможно да се определи средната стойност кинетична енергия неговите частици.

И това не може да се направи нито за една молекула, нито за тяхната концентрация. Следователно, за да се измери параметрите на газа, е необходимо да се определи още едно количество. Това е температурата, която също е свързана с кинетичната енергия на молекулите. Този индикатор е скаларна физическа величина. Температурата описва термодинамичното равновесие. В това състояние няма промяна в параметрите на микроравнище. Температурата се измерва като отклонение от нула. Характеризира насищането на хаотичното движение на най-малките частици газ. Тя се измерва със средната стойност на тяхната кинетична енергия. Този индикатор се определя с помощта на термометри в градуси с различни марки. Има термодинамична абсолютна скала (Келвин) и нейните емпирични разновидности. Те се различават в изходните точки.

Уравнение на позицията на идеалния газ по отношение на температурата

Физикът Болцман твърди, че средната кинетична енергия на частица е пропорционална на абсолютния температурен индекс. Ek = 3/2 kT, където k = 1.38 -23 10-23, Т е температурата. Работата на идеален газ ще бъде равна на: P = NkT / V, където N е броят на молекулите, V е обемът на съда. Ако добавим към този показател концентрацията n = N / V, тогава горната формула ще изглежда така: p = nkT. Тези две уравнения имат различни форми на писане, но те свързват налягане, обем и температура за идеален газ. Тези изчисления могат да се прилагат както за чистите газове, така и за техните смеси. В последния вариант n трябва да се разбира като общ брой молекули на веществата, тяхната обща концентрация или общия брой молове в дадено вещество.

Три газови закона

Идеалният газ и неговите специфични закони бяха открити експериментално и едва тогава бяха потвърдени теоретично. Първото частно право гласи, че идеалният газ с постоянна маса и температура ще има обратно пропорционално налягане спрямо своя обем. Процесът, при който температурният индикатор е постоянен, се нарича изотермичен. Ако налягането в изследването е постоянно, тогава обемът е пропорционален на стойността на абсолютната температура. Този закон е наречен Gay-Lussac. Изохоричният процес протича при постоянен обем. Налягането ще бъде пропорционално на абсолютната температура. Името му е законът на Чарлз. Това са трите специфични закона за поведение на идеалния газ. Те успяха да потвърдят само с овладяването на знанията за молекулите.

Абсолютна скала за измерване

В абсолютната скала на измерване е прието да се нарича единица Келвин. Избира се въз основа на популярната по Целзий скала. Един келвин съответства на един градус по Целзий. Но в абсолютната скала нулата се приема като стойността, при която налягането на идеалния газ при постоянен обем ще бъде равно на нула.

Това е обща система. Тази температура се нарича абсолютна нула. Като направите съответните изчисления, можете да получите отговор, че стойността на този индикатор ще бъде -273 градуса по Целзий. Това потвърждава, че има връзка между абсолютната и Целзиевата скала. Тя може да бъде изразена в следното уравнение: T = t + 237. Трябва да се отбележи, че е невъзможно да се постигне абсолютна нула. Всеки процес на охлаждане се основава на изпаряването на молекули от повърхността на веществото. Приближава се до абсолютната нула, движение напред частиците забавят толкова много, че изпаряването спира почти напълно. Но чисто от теоретична гледна точка, ако наистина трябваше да достигне точката на абсолютната нула, скоростта на движение на молекулите щеше да намалее толкова много, че да може да се нарече отсъстваща изцяло. Термичното движение на молекулите ще престане.

След като изучаваме такова понятие като идеален газ, можем да разберем принципа на действие на всяко вещество. Чрез разширяване на знанията в тази област могат да се разберат свойствата и поведението на всяко газообразно вещество.