İdeal qazın xassələrinin öyrənilməsi fizikada mühüm mövzudur. Qaz sistemlərinin xüsusiyyətlərinə giriş Boyle-Mariotte tənliyini nəzərdən keçirməklə başlayır, çünki bu, ideal qazın eksperimental olaraq kəşf edilmiş ilk qanunudur. Bunu məqalədə daha ətraflı nəzərdən keçirək.
İdeal qaz dedikdə nə nəzərdə tutulur?
Boyl-Mariotte qanunu və onu təsvir edən tənlik haqqında danışmazdan əvvəl ideal qazı təyin edək. Bu, adətən onu təşkil edən hissəciklərin bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olmadığı və ölçülərinin orta hissəciklərarası məsafələrlə müqayisədə əhəmiyyətsiz dərəcədə kiçik olduğu maye maddə kimi başa düşülür.
Əslində istənilən qaz realdır, yəni onu təşkil edən atomlar və molekullar müəyyən ölçülərə malikdir və van der Vaals qüvvələrinin köməyi ilə bir-biri ilə qarşılıqlı təsir göstərmir. Bununla belə, yüksək mütləq temperaturda (300 K-dən çox) və aşağı təzyiqdə (bir atmosferdən az) atomların və molekulların kinetik enerjisi van der Vaals qarşılıqlı təsirinin enerjisindən xeyli yüksəkdir, ona görə də göstərilən yerdə real qaz.yüksək dəqiqliyə malik şərtlər ideal hesab edilə bilər.
Boyle-Mariotte Tənliyi
Qazların xassələri Avropa alimləri XVII-XIX əsrlərdə fəal şəkildə tədqiq etmişlər. Eksperimental olaraq kəşf edilən ilk qaz qanunu qaz sisteminin genişlənməsi və sıxılmasının izotermik proseslərini təsvir edən qanun idi. Müvafiq təcrübələr 1662-ci ildə Robert Boyl və 1676-cı ildə Edm Mariotte tərəfindən aparılmışdır. Bu alimlərin hər biri müstəqil şəkildə göstərdilər ki, qapalı qaz sistemində izotermik proses zamanı təzyiq həcmlə tərs dəyişir. Prosesin təcrübi yolla əldə edilmiş riyazi ifadəsi aşağıdakı formada yazılır:
PV=k
Burada P və V sistemdəki təzyiq və onun həcmidir, k bir qədər sabitdir, onun qiyməti qaz maddəsinin miqdarından və onun temperaturundan asılıdır. P(V) funksiyasının qrafikdən asılılığını qurarsanız, o zaman hiperbola olacaqdır. Bu əyrilərin nümunəsi aşağıda göstərilmişdir.
Yazılı bərabərliyə Boyle-Mariotte tənliyi (qanun) deyilir. Bu qanunu qısaca belə ifadə etmək olar: sabit bir temperaturda ideal qazın genişlənməsi onun içindəki təzyiqin mütənasib azalmasına səbəb olur, əksinə, qaz sisteminin izotermik sıxılması onun içindəki təzyiqin mütənasib artması ilə müşayiət olunur.
İdeal qaz tənliyi
Boyle-Mariotte qanunu Mendeleyev və adlarını daşıyan daha ümumi qanunun xüsusi halıdır. Klapeyron. Emil Klapeyron 1834-cü ildə qazların müxtəlif xarici şəraitdə davranışı haqqında eksperimental məlumatları ümumiləşdirərək aşağıdakı tənliyi əldə etdi:
PV=nRT
Başqa sözlə desək, qaz sisteminin V həcmi ilə onun içindəki təzyiqin hasili T mütləq temperaturun və n maddənin miqdarının hasilinə düz mütənasibdir. Bu mütənasibliyin əmsalı R hərfi ilə işarələnir və qaz universal sabiti adlanır. Yazılı tənlikdə R-nin qiyməti 1874-cü ildə Dmitri İvanoviç Mendeleyev tərəfindən edilən bir sıra sabitlərin dəyişdirilməsi hesabına meydana çıxdı.
Ümumbəşəri vəziyyət tənliyindən asanlıqla görmək olar ki, temperaturun və maddənin miqdarının sabitliyi tənliyin sağ tərəfinin dəyişməzliyinə zəmanət verir, yəni tənliyin sol tərəfi də sabit qalacaq.. Bu halda biz Boyle-Mariotte tənliyini alırıq.
Digər qaz qanunları
Yuxarıdakı paraqrafda yazılmış Klapeyron-Mendeleyev tənliyi üç termodinamik parametrdən ibarətdir: P, V və T. Əgər onların hər biri sabitdirsə və digər ikisinin dəyişməsinə icazə verilirsə, onda Boyl-Mariotta alırıq, Çarlz və Gey-Lussak tənlikləri. Çarlz qanunu izobar proses üçün həcm və temperatur arasında düz mütənasiblikdən danışır, Gey-Lussac qanunu isə izoxorik keçid zamanı qaz təzyiqinin mütləq temperaturla düz mütənasib olaraq artdığını və ya azaldığını bildirir. Müvafiq tənliklər belə görünür:
V/T=sabit olduqda P=sabit;
P/T=sabit olduqda V=sabit.
BeləlikləBeləliklə, Boyle-Mariotte qanunu üç əsas qaz qanunundan biridir. Lakin o, qrafik asılılığına görə digərlərindən fərqlənir: V(T) və P(T) funksiyaları düz xətlər, P(V) funksiyası hiperboladır.
Boyl-Mariotte qanununun tətbiqi üçün tapşırıq nümunəsi
İlk vəziyyətdə pistonun altındakı silindrdə qazın həcmi 2 litr, təzyiqi isə 1 atmosfer idi. Piston yüksəldikdən və qaz sisteminin həcmi 0,5 litr artdıqdan sonra qazın təzyiqi nə qədər idi. Proses izotermik hesab olunur.
Bizə ideal qazın təzyiqi və həcmi verildiyi üçün və onun genişlənməsi zamanı temperaturun dəyişməz qaldığını da bildiyimiz üçün Boyle-Mariotte tənliyindən aşağıdakı formada istifadə edə bilərik:
P1V1=P2V 2
Bu bərabərlik, verilən temperaturda qazın hər vəziyyəti üçün həcm-təzyiq məhsulunun sabit olduğunu bildirir. Bərabərlikdən P2 dəyərini ifadə edərək, yekun düsturu əldə edirik:
P2=P1V1/V 2
Təzyiq hesablamalarını apararkən, bu halda sistemdənkənar vahidlərdən istifadə edə bilərsiniz, çünki litrlər kiçiləcək və atmosferlərdə P2təzyiq alırıq. Şərtdəki məlumatları əvəz edərək, problemin sualına cavab əldə edirik: P2=0,8 atmosfer.
