Studimi i vetive dhe sjelljes së një gazi ideal është çelësi për të kuptuar fizikën e kësaj zone në tërësi. Në këtë artikull, ne do të shqyrtojmë se çfarë përfshin koncepti i një gazi monatomik ideal, cilat ekuacione përshkruajnë gjendjen e tij dhe energjinë e brendshme. Do të zgjidhim edhe disa probleme për këtë temë.
Koncepti i përgjithshëm
Çdo student e di se gazi është një nga tre gjendjet agregate të materies, e cila, ndryshe nga e ngurtë dhe e lëngët, nuk ruan vëllimin. Për më tepër, ai gjithashtu nuk e ruan formën e tij dhe gjithmonë plotëson plotësisht vëllimin që i është dhënë. Në fakt, vetia e fundit vlen për të ashtuquajturat gaze ideale.
Koncepti i një gazi ideal është i lidhur ngushtë me teorinë kinetike molekulare (MKT). Në përputhje me të, grimcat e sistemit të gazit lëvizin rastësisht në të gjitha drejtimet. Shpejtësitë e tyre i binden shpërndarjes Maxwell. Grimcat nuk ndërveprojnë me njëra-tjetrën, dhe distancatmes tyre tejkalojnë shumë madhësinë e tyre. Nëse të gjitha kushtet e mësipërme plotësohen me një saktësi të caktuar, atëherë gazi mund të konsiderohet ideal.
Çdo media reale është afër idealit në sjelljen e tyre nëse ka densitet të ulët dhe temperatura të larta absolute. Përveç kësaj, ato duhet të përbëhen nga molekula ose atome kimikisht joaktive. Pra, për shkak të pranisë së ndërveprimeve të forta të hidrogjenit ndërmjet molekulave H2 HO, ndërveprimet e forta të hidrogjenit nuk konsiderohen si gaz ideal, por ajri, i përbërë nga molekula jopolare, është.
Ligji Clapeyron-Mendeleev
Gjatë analizës, nga pikëpamja e MKT, sjelljes së një gazi në ekuilibër, mund të merret ekuacioni i mëposhtëm, i cili lidh parametrat kryesorë termodinamikë të sistemit:
PV=nRT.
Këtu presioni, vëllimi dhe temperatura shënohen me shkronja latine P, V dhe T përkatësisht. Vlera e n është sasia e substancës që ju lejon të përcaktoni numrin e grimcave në sistem, R është konstanta e gazit, e pavarur nga natyra kimike e gazit. Është e barabartë me 8,314 J / (Kmol), domethënë çdo gaz ideal në sasinë 1 mol kur nxehet me 1 K, duke u zgjeruar, bën punën e 8,314 J.
Barazia e regjistruar quhet ekuacioni universal i gjendjes së Clapeyron-Mendeleev. Pse? Është emërtuar kështu për nder të fizikanit francez Emile Clapeyron, i cili në vitet '30 të shekullit të 19-të, duke studiuar ligjet eksperimentale të gazit të vendosura më parë, e shkroi atë në formë të përgjithshme. Më pas, Dmitri Mendeleev e çoi atë në moderneformoni duke futur konstanten R.
Energjia e brendshme e një mediumi monatomik
Një gaz ideal monatomik ndryshon nga një poliatomik në atë që grimcat e tij kanë vetëm tre shkallë lirie (lëvizje përkthimore përgjatë tre boshteve të hapësirës). Ky fakt çon në formulën e mëposhtme për energjinë mesatare kinetike të një atomi:
mv2 / 2=3 / 2kB T.
Shpejtësia v quhet katrori mesatar i rrënjës. Masa e një atomi dhe konstanta e Boltzmanit shënohen si m dhe kBpërkatësisht.
Sipas përkufizimit të energjisë së brendshme, ajo është shuma e komponentëve kinetikë dhe potencialë. Le të shqyrtojmë më në detaje. Meqenëse një gaz ideal nuk ka energji potenciale, energjia e tij e brendshme është energji kinetike. Cila është formula e saj? Duke llogaritur energjinë e të gjitha grimcave N në sistem, marrim shprehjen e mëposhtme për energjinë e brendshme U të një gazi monatomik:
U=3 / 2nRT.
Shembuj të ngjashëm
Detyra 1. Një gaz monatomik ideal kalon nga gjendja 1 në gjendjen 2. Masa e gazit mbetet konstante (sistemi i mbyllur). Është e nevojshme të përcaktohet ndryshimi në energjinë e brendshme të mediumit nëse tranzicioni është izobarik me një presion të barabartë me një atmosferë. Vëllimi delta i enës me gaz ishte tre litra.
Le të shkruajmë formulën për ndryshimin e energjisë së brendshme U:
ΔU=3 / 2nRΔT.
Përdorimi i ekuacionit Clapeyron-Mendeleev,kjo shprehje mund të rishkruhet si:
ΔU=3 / 2PΔV.
Ne e dimë presionin dhe ndryshimin e vëllimit nga gjendja e problemit, ndaj mbetet që vlerat e tyre të përkthehen në SI dhe t'i zëvendësojmë në formulën:
ΔU=3 / 21013250,003 ≈ 456 J.
Kështu, kur një gaz ideal monatomik kalon nga gjendja 1 në gjendjen 2, energjia e tij e brendshme rritet me 456 J.
Detyra 2. Një gaz monatomik ideal në një sasi prej 2 mol ishte në një enë. Pas ngrohjes izokorike, energjia e tij u rrit me 500 J. Si ndryshoi temperatura e sistemit?
Le të shkruajmë formulën për ndryshimin e vlerës së U përsëri:
ΔU=3 / 2nRΔT.
Nga kjo është e lehtë të shprehim madhësinë e ndryshimit të temperaturës absolute ΔT, kemi:
ΔT=2ΔU / (3nR).
Duke zëvendësuar të dhënat për ΔU dhe n nga kushti, marrim përgjigjen: ΔT=+20 K.
Është e rëndësishme të kuptohet se të gjitha llogaritjet e mësipërme janë të vlefshme vetëm për një gaz ideal monatomik. Nëse sistemi formohet nga molekula poliatomike, atëherë formula për U nuk do të jetë më e saktë. Ligji Clapeyron-Mendeleev është i vlefshëm për çdo gaz ideal.
