Idealny gaz i jego definicja

Nauka fizyki odgrywa istotną rolę w badaniu otaczającego świata. Dlatego jego pojęcia i prawa zaczynają w szkole przechodzić. Właściwości substancji mierzy się w różnych aspektach. Jeśli rozważymy jego stan skupienia, to jest specjalna technika. Gaz idealny to fizyczna koncepcja, która pozwala ocenić właściwości i cechy materiału, z którego składa się cały nasz świat.

Ogólna definicja

Idealny gaz jest modelem, w którym interakcja między cząsteczkami jest zwykle zaniedbywana. Proces interakcji cząsteczek dowolnej substancji ze sobą jest dość skomplikowany. Kiedy lecą blisko siebie i znajdują się w bardzo niewielkiej odległości, silnie się ze sobą wiążą. Ale w dużej odległości między cząsteczkami istnieją stosunkowo małe siły przyciągania. Jeśli średnia odległość, od której są od siebie nawzajem, jest duża, to położenie substancji nazywa się gazem rozrzedzonym. Interakcja takich cząstek objawia się jako rzadkie uderzenia cząsteczek. Dzieje się tak tylko wtedy, gdy zbliżają się do siebie. W idealnym gazie interakcja cząsteczek nie jest w ogóle brana pod uwagę. W idealnym gazie liczba cząsteczek jest bardzo duża. Dlatego obliczenia występują tylko za pomocą metody statystycznej. Co więcej, należy zauważyć, że cząstki substancji w tym przypadku są równomiernie rozmieszczone w przestrzeni. Jest to najczęstszy stan gazu doskonałego.

Gdy gaz można uznać za idealny

Istnieje kilka czynników, z powodu których gaz nazywa się idealnym. Pierwszym znakiem jest zachowanie się cząsteczek jako absolutnie elastycznych ciał, między nimi nieobecne siły przyciągania. W tym samym czasie gaz będzie bardzo rozładowany. Odległość między najmniejszymi składnikami substancji będzie znacznie większa niż ich rozmiar. W takim przypadku równowaga termiczna zostanie osiągnięta natychmiast w całej objętości. Aby osiągnąć położenie gazu idealnego w warunkach laboratoryjnych, jego rzeczywisty typ zostaje odpowiednio rozcieńczony. Niektóre substancje są w stanie gazowym nawet w temperaturze pokojowej i normalne ciśnienie atmosferyczne praktycznie nie różnią się od stanu idealnego.

Granice modelu

Idealny gaz jest rozważany w zależności od zadań. Jeśli badacz ma za zadanie określić związek między temperaturą, objętością i ciśnieniem, wówczas idealny stan można uznać za taki, że gaz ma wysoką dokładność dla ciśnień mierzonych przez kilkadziesiąt atmosfer. Ale w przypadku badania przemiany fazowej, na przykład odparowania i kondensacji, procesu osiągania równowagi w gazie, model ten nie może być zastosowany nawet przy bardzo małym nacisku. Ciśnienie gazu na ściance rury występuje przy przypadkowym naprężeniu cząsteczek na szkle. Kiedy takie uderzenia są częste, ciało ludzkie może złapać te zmiany jako ciągły efekt.

Idealne równanie gazowe

W oparciu o główne zasady teorii kinetyki molekularnej wyprowadzono główne równanie gazu idealnego. Praca gazu idealnego ma następującą postać: p = 1/3 m ₀ nv ² , gdzie p jest ciśnieniem gazu ideału, m ₀ jest masą cząsteczkową, v ² jest średnim stężeniem cząstek, kwadratem prędkości cząsteczek. Jeśli oznaczymy średni wskaźnik ruchu kinetycznego cząstek materii, jako Ek = m ₀ n / ₂ , to równanie będzie miało następującą postać: p = 2/3 nEk. Cząsteczki gazu, uderzające w ściany naczynia, wchodzą w interakcje z nimi jako sprężyste ciała zgodnie z prawami mechaniki. Impuls z takich uderzeń przenoszony jest na ściany naczynia.

Temperatura

Po obliczeniu jedynie ciśnienia gazu na ścianach naczynia nie można określić średniej energia kinetyczna jego cząstki.

Nie można tego zrobić ani dla pojedynczej cząsteczki, ani dla ich stężenia. Dlatego, aby zmierzyć parametry gazu, należy określić jeszcze jedną ilość. Jest to temperatura, która jest również związana z energią kinetyczną cząsteczek. Ten wskaźnik jest skalarną wielkością fizyczną. Temperatura opisuje równowagę termodynamiczną. W tym stanie nie ma zmian parametrów na poziomie mikro. Temperatura jest mierzona jako odchylenie od zera. Charakteryzuje nasycenie chaotycznego ruchu najmniejszych cząsteczek gazu. Mierzy się ją średnią wartością ich energii kinetycznej. Wskaźnik ten określa się za pomocą termometrów w stopniach różnych znaków. Istnieje termodynamiczna skala absolutna (Kelvin) i jej empiryczne odmiany. Różnią się punktami startowymi.

Równanie położenia gazu idealnego pod względem temperatury

Fizyk Boltzmann twierdzi, że średnia energia kinetyczna cząstki jest proporcjonalna do indeksu temperatury absolutnej. Ek = 3/2 kT, gdzie k = 1,38 ∙ 10-23, T to temperatura. Działanie gazu idealnego będzie równe: P = NkT / V, gdzie N jest liczbą cząsteczek, V jest objętością naczynia. Jeśli dodamy do tego wskaźnika stężenie n = N / V, wówczas powyższy wzór będzie wyglądał następująco: p = nkT. Te dwa równania mają różne formy zapisu, ale łączą ciśnienie, objętość i temperaturę dla idealnego gazu. Obliczenia te można stosować zarówno do czystych gazów, jak i ich mieszanin. W tej ostatniej wersji, n należy rozumieć jako całkowitą liczbę cząsteczek substancji, ich całkowite stężenie lub całkowitą liczbę moli w substancji.

Trzy prawa gazowe

Idealny gaz i jego poszczególne prawa zostały odkryte eksperymentalnie i tylko wtedy zostały potwierdzone teoretycznie. Pierwsze prywatne prawo stanowi, że idealny gaz o stałej masie i temperaturze będzie miał odwrotnie proporcjonalny nacisk do swojej objętości. Proces, w którym wskaźnik temperatury jest stały, nazywa się izotermą. Jeśli ciśnienie w badaniu jest stałe, to objętość jest proporcjonalna do wartości temperatury absolutnej. To prawo nazywa się Gay-Lussac. Proces izochoryczny zachodzi przy stałej objętości. Ciśnienie będzie proporcjonalne do temperatury absolutnej. Nazywa się prawem Charlesa. Są to trzy szczególne prawa zachowania gazu idealnego. Potwierdzili to jedynie dzięki opanowaniu wiedzy o cząsteczkach.

Absolutna skala pomiaru

W bezwzględnej skali pomiaru akceptuje się wywołanie jednostki Kelvin. Jest wybierany na podstawie popularnej skali Celsjusza. Jeden Kelwin odpowiada jednemu stopniowi Celsjusza. Ale w skali absolutnej przyjmuje się zero jako wartość, przy której ciśnienie gazu idealnego przy stałej objętości będzie równe zeru.

To jest wspólny system. Ta wartość temperatury jest wywoływana absolutne zero. Dokonując odpowiednich obliczeń, można uzyskać odpowiedź, że wartość tego wskaźnika wyniesie -273 stopni Celsjusza. Potwierdza to, że istnieje związek między skalą bezwzględną i stopą Celsjusza. Można ją wyrazić w następującym równaniu: T = t + 237. Należy zauważyć, że niemożliwe jest osiągnięcie absolutnego zera. Każdy proces chłodzenia opiera się na odparowaniu cząsteczek z powierzchni substancji. Zbliżanie się do zera absolutnego, ruch do przodu cząstki zwalniają tak bardzo, że parowanie zatrzymuje się prawie całkowicie. Ale czysto z teoretycznego punktu widzenia, gdyby rzeczywiście osiągnął punkt absolutnego zera, prędkość ruchu cząsteczek zmniejszyłaby się tak bardzo, że można by to nazwać nieobecnym w ogóle. Ruch termiczny cząsteczek ustałby.

Po przestudiowaniu takiej koncepcji jako gazu idealnego można zrozumieć zasadę działania dowolnej substancji. Poprzez poszerzanie wiedzy w tej dziedzinie można zrozumieć właściwości i zachowanie każdej substancji gazowej.