Maddənin dörd məcmu vəziyyətindən qaz fiziki təsvirinə görə bəlkə də ən sadəsidir. Məqalədə biz real qazların riyazi təsviri üçün istifadə olunan təxminləri nəzərdən keçiririk, həmçinin Klapeyron tənliyini veririk.
İdeal qaz
Həyat zamanı qarşılaşdığımız bütün qazları (təbii metan, hava, oksigen, azot və s.) ideal kimi təsnif etmək olar. İdeal, hissəciklərin müxtəlif istiqamətlərdə təsadüfi hərəkət etdiyi, toqquşmalarının 100% elastik olduğu, hissəciklərin bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olmadığı, maddi nöqtələr olduğu (kütləvi və həcmi yoxdur) maddənin istənilən qaz halıdır.
Materiyanın qaz halını təsvir etmək üçün tez-tez istifadə olunan iki fərqli nəzəriyyə var: molekulyar kinetik (MKT) və termodinamika. MKT hesablamaq üçün ideal qazın xassələrindən, hissəciklərin sürətlərinin statistik paylanmasından və kinetik enerji və impulsun temperaturla əlaqəsindən istifadə edir.sistemin makroskopik xüsusiyyətləri. Öz növbəsində, termodinamika qazların mikroskopik quruluşunu araşdırmır, sistemi bütövlükdə nəzərdən keçirir, onu makroskopik termodinamik parametrlərlə təsvir edir.
İdeal qazların termodinamik parametrləri
İdeal qazları təsvir etmək üçün üç əsas parametr və bir əlavə makroskopik xüsusiyyət var. Gəlin onları sadalayaq:
- Temperatur T- qazdakı molekulların və atomların kinetik enerjisini əks etdirir. K (Kelvin) dilində ifadə edilmişdir.
- V cild - sistemin məkan xüsusiyyətlərini xarakterizə edir. Kubmetrlə müəyyən edilmişdir.
- Təzyiq P - qaz hissəciklərinin onu ehtiva edən qabın divarlarına təsirindən. Bu dəyər SI sistemində paskallarla ölçülür.
- Maddənin miqdarı n - çoxlu sayda hissəcikləri təsvir edərkən istifadə etmək rahat olan vahid. SI-də n mol ilə ifadə edilir.
Məqalənin sonrakı hissəsində ideal qazın təsvir edilən dörd xarakteristikasının hamısının mövcud olduğu Klapeyron tənliyi düsturu veriləcək.
Universal vəziyyət tənliyi
Klapeyronun ideal qaz vəziyyəti tənliyi adətən aşağıdakı formada yazılır:
PV=nRT
Bərabərlik onu göstərir ki, hər hansı bir ideal qaz üçün təzyiq və həcm hasilinin temperaturun və maddənin miqdarının hasilinə mütənasib olmalıdır. R dəyəri universal qaz sabiti və eyni zamanda əsas arasındakı mütənasiblik əmsalı adlanırsistemin makroskopik xüsusiyyətləri.
Bu tənliyin mühüm xüsusiyyətini qeyd etmək lazımdır: o, qazın kimyəvi təbiətindən və tərkibindən asılı deyil. Buna görə də onu çox vaxt universal adlandırırlar.
İlk dəfə bu bərabərliyi 1834-cü ildə fransız fiziki və mühəndisi Emil Klapeyron Boyle-Mariotte, Charles və Gay-Lussacın eksperimental qanunlarının ümumiləşdirilməsi nəticəsində əldə etmişdir. Bununla belə, Klapeyron bir qədər əlverişsiz sabitlər sistemindən istifadə etdi. Sonradan bütün Klapeyron sabitləri bir tək qiymətlə əvəz olundu R. Dmitri İvanoviç Mendeleyev bunu etdi, ona görə də yazılı ifadə Klapeyron-Mendeleyev tənliyinin düsturu da adlanır.
Digər Tənlik Formaları
Əvvəlki paraqrafda Klapeyron tənliyinin yazılmasının əsas forması verilmişdir. Buna baxmayaraq, fizika problemlərində maddənin və həcmin əvəzinə çox vaxt başqa kəmiyyətlər verilə bilər, ona görə də ideal qaz üçün universal tənliyin yazılmasının başqa formalarını vermək faydalı olacaq.
MKT nəzəriyyəsindən aşağıdakı bərabərlik gəlir:
PV=NkBT.
Bu, həm də vəziyyət tənliyidir, yalnız N kəmiyyəti (hissəciklərin sayı) onda görünən n maddənin miqdarından istifadə etmək daha az əlverişlidir. Həm də universal qaz sabiti yoxdur. Bunun əvəzinə Boltzmann sabitindən istifadə olunur. Aşağıdakı ifadələr nəzərə alınarsa, yazılı bərabərlik asanlıqla universal formaya çevrilir:
n=N/NA;
R=NAkB.
Burada NA- Avogadro nömrəsi.
Dövlət tənliyinin digər faydalı forması:
PV=m/MRT
Burada qazın m kütləsinin M molyar kütləsinə nisbəti tərifinə görə n maddənin miqdarıdır.
Nəhayət, ideal qaz üçün başqa bir faydalı ifadə onun sıxlığı anlayışından istifadə edən düsturdur ρ:
P=ρRT/M
Problemin Həlli
Hidrogen 150 litrlik silindrdə 2 atmosfer təzyiq altındadır. Əgər silindrin temperaturu 300 K olduğu məlumdursa, qazın sıxlığını hesablamaq lazımdır.
Problemi həll etməyə başlamazdan əvvəl təzyiq və həcm vahidlərini SI-yə çevirək:
P=2 atm.=2101325=202650 Pa;
V=15010-3=0,15 m3.
Hidrogenin sıxlığını hesablamaq üçün aşağıdakı tənlikdən istifadə edin:
P=ρRT/M.
Bundan əldə edirik:
ρ=MP/(RT).
Hidrogenin molyar kütləsini Mendeleyevin dövri cədvəlində görmək olar. 210-3kq/mol-a bərabərdir. R dəyəri 8,314 J/(molK) təşkil edir. Problemin şərtlərindən bu dəyərləri və təzyiq, temperatur və həcm dəyərlərini əvəz edərək, silindrdə aşağıdakı hidrogen sıxlığını əldə edirik:
ρ=210-3202650/(8, 314300)=0,162 kq/m3.
Müqayisə üçün hava sıxlığı təxminən 1,225 kq/m31 atmosfer təzyiqində. Hidrogen daha az sıxdır, çünki onun molar kütləsi havadan çox azdır (15 dəfə).
