İdeal qazın xassələrini və davranışını öyrənmək bütövlükdə bu sahənin fizikasını başa düşmək üçün açardır. Bu yazıda ideal bir monotomik qaz anlayışının nələri ehtiva etdiyini, onun vəziyyətini və daxili enerjisini hansı tənliklərin təsvir etdiyini nəzərdən keçirəcəyik. Bu mövzuda bir neçə problemi də həll edəcəyik.
Ümumi konsepsiya
Hər bir şagird bilir ki, qaz maddənin üç məcmu vəziyyətindən biridir, bərk və mayedən fərqli olaraq həcmi saxlamır. Bundan əlavə, o da öz formasını saxlamır və həmişə ona verilən həcmi tamamilə doldurur. Əslində, sonuncu xüsusiyyət ideal qazlar adlanan qazlara aiddir.
İdeal qaz anlayışı molekulyar kinetik nəzəriyyə (MKT) ilə sıx bağlıdır. Buna uyğun olaraq, qaz sisteminin hissəcikləri bütün istiqamətlərdə təsadüfi hərəkət edir. Onların sürətləri Maksvell paylanmasına uyğundur. Hissəciklər bir-biri ilə qarşılıqlı təsir göstərmir və məsafələronların arasında öz ölçülərindən qat-qat artıqdır. Əgər yuxarıda göstərilən bütün şərtlər müəyyən dəqiqliklə yerinə yetirilərsə, o zaman qazı ideal hesab etmək olar.
İstənilən real media, aşağı sıxlıqlara və yüksək mütləq temperaturlara malik olduqda, davranışlarına görə ideala yaxındır. Bundan əlavə, onlar kimyəvi cəhətdən aktiv olmayan molekullardan və ya atomlardan ibarət olmalıdırlar. Beləliklə, H2 molekulları HO arasında güclü hidrogen qarşılıqlı təsirlərinin olması səbəbindən güclü hidrogen qarşılıqlı təsirləri ideal qaz hesab edilmir, lakin qeyri-qütblü molekullardan ibarət havadır.
Klapeyron-Mendeleyev qanunu
MKT nöqteyi-nəzərindən, tarazlıqda olan qazın davranışı nöqteyi-nəzərindən analiz zamanı sistemin əsas termodinamik parametrləri ilə əlaqəli aşağıdakı tənlik əldə edilə bilər:
PV=nRT.
Burada təzyiq, həcm və temperatur müvafiq olaraq Latın hərfləri ilə P, V və T ilə işarələnir. n dəyəri sistemdəki hissəciklərin sayını təyin etməyə imkan verən maddənin miqdarıdır, R qazın kimyəvi təbiətindən asılı olmayaraq qaz sabitidir. 8, 314 J / (Kmol) bərabərdir, yəni 1 mol miqdarında istənilən ideal qaz 1 K ilə qızdırıldıqda, genişlənir, 8, 314 J iş görür.
Qeyd edilmiş bərabərliyə Klapeyron-Mendeleyevin universal vəziyyəti tənliyi deyilir. Niyə? 19-cu əsrin 30-cu illərində əvvəllər qurulmuş eksperimental qaz qanunlarını öyrənərək onu ümumi formada yazan fransız fiziki Emil Klapeyronun şərəfinə belə adlandırılmışdır. Sonradan Dmitri Mendeleyev onu müasirliyə apardıR.
sabitini daxil etməklə forma verin
Bir atomlu mühitin daxili enerjisi
Bir atomlu ideal qaz çox atomludan onunla fərqlənir ki, onun hissəcikləri yalnız üç sərbəstlik dərəcəsinə malikdir (fəzanın üç oxu boyunca translyasiya hərəkəti). Bu fakt bir atomun orta kinetik enerjisi üçün aşağıdakı formulaya gətirib çıxarır:
mv2 / 2=3 / 2kB T.
V sürəti orta kök kvadrat adlanır. Atomun kütləsi və Boltsman sabiti müvafiq olaraq m və kB kimi işarələnir.
Daxili enerjinin tərifinə görə, kinetik və potensial komponentlərin cəmidir. Daha ətraflı nəzərdən keçirək. İdeal qazın potensial enerjisi olmadığı üçün onun daxili enerjisi kinetik enerjidir. Onun formulası nədir? Sistemdəki bütün N hissəciklərinin enerjisini hesablayaraq, bir atomlu qazın daxili enerjisi U üçün aşağıdakı ifadəni alırıq:
U=3 / 2nRT.
Əlaqədar nümunələr
Tapşırıq №1. İdeal bir atomlu qaz 1-ci vəziyyətdən 2-ci vəziyyətə keçir. Qazın kütləsi sabit qalır (qapalı sistem). Keçid bir atmosferə bərabər təzyiqdə izobarik olarsa, mühitin daxili enerjisinin dəyişməsini müəyyən etmək lazımdır. Qaz qabının həcm deltası üç litr idi.
Daxili enerji U-nun dəyişmə düsturunu yazaq:
ΔU=3 / 2nRΔT.
Klapeyron-Mendeleyev tənliyindən istifadə edərək,bu ifadə belə yenidən yazıla bilər:
ΔU=3 / 2PΔV.
Problemin vəziyyətindən təzyiq və həcm dəyişikliyini bilirik, ona görə də onların dəyərlərini SI-yə çevirmək və onları düsturla əvəz etmək qalır:
ΔU=3 / 21013250,003 ≈ 456 J.
Beləliklə, monatomik ideal qaz 1-ci vəziyyətdən 2-ci vəziyyətə keçəndə onun daxili enerjisi 456 J artır.
Tapşırıq №2. 2 mol miqdarında ideal bir atomlu qaz bir qabda idi. İzoxorik qızdırmadan sonra onun enerjisi 500 J artdı. Sistemin temperaturu necə dəyişdi?
Gəlin U dəyərinin dəyişdirilməsi düsturu yenidən yazaq:
ΔU=3 / 2nRΔT.
Bundan ΔT mütləq temperaturun dəyişməsinin böyüklüyünü ifadə etmək asandır, bizdə:
ΔT=2ΔU / (3nR).
Şərtdən ΔU və n üçün verilənləri əvəz etməklə cavabı alırıq: ΔT=+20 K.
Yuxarıda göstərilən bütün hesablamaların yalnız bir atomlu ideal qaz üçün keçərli olduğunu başa düşmək vacibdir. Əgər sistem çox atomlu molekullardan əmələ gəlirsə, onda U üçün düstur artıq düzgün olmayacaq. Klapeyron-Mendeleyev qanunu istənilən ideal qaz üçün keçərlidir.
