Законы идеального газа

Содержание

  1. 1. Изопроцессы
  2. 2. Тест по теме «Законы идеального газа»

Ученые, занимавшиеся в начале XIX века исследованием веществ в газовой фазе, «тонули» в массе противоречивых фактов, которые не удавалось ни объяснить, ни систематизировать. Поэтому столь значимыми для дальнейшего изучения газов и вообще понимания строения материи явились экспериментально открытые газовые законы, внесшие мало-мальский порядок в необозримое море накопленных опытных данных.

Это сейчас, когда с основами молекулярно-кинетической теории дети знакомятся еще до того, как начинают посещать школу, а уравнение состояния идеального газа проходят в 10 классе, газовые законы кажутся очевидными его следствиями. Но в ту пору их открытие было таким же прорывом в естественных науках, каким в наше время являются гравитационные волны или расшифровка человеческого генома.

Изопроцессы

Изопроцессы

Это термодинамические процессы, при которых количество вещества и еще одна физическая величина — температура, давление или объем — не изменяются.

Не будем открывать газовые законы, проводя вновь бесчисленные эксперименты, а воспользуемся для их установления уравнением Клапейрона-Менделеева pV=mRT/μpV = mRT/ \mu. Примем, что масса газа неизменна, и рассмотрим следующие ситуации:

  • температура газа постоянна – тогда правая часть уравнения также постоянна и для любых двух состояний p1V1p_1V_1 = p2V2p_2V_2. Это соотношение называется законом Бойля-Мариотта, а процесс, протекающий при постоянной температуре, – изотермическим.
Закон Бойля-Мариотта

pV=constpV = const

  • объем газа постоянен, тогда p=T(mR/Vμ)p = T(mR/V\mu), а значит давление газа прямо пропорционально абсолютной температуре: p=constШTp = const_\text{Ш}T. Данная зависимость называется законом Шарля, а процесс, протекающий при постоянном объеме, – изохорическим. Следовательно, согласно закону Шарля при изохорических процессах давление газа прямо пропорционально его температуре.
Закон Шарля

P/T=constP/T=const

  • давление газа постоянно, тогда соответственно V=T(mR/pμ)V = T(mR/p\mu), так что объем газа прямо пропорционален абсолютной температуре: V=constГTV = const_\text{Г}T; такая связь называется законом Гей-Люссака, а процесс, протекающий при постоянном давлении, – изобарическим. Соответственно, согласно закону Гей-Люссака при изобарических процессах объём газа прямо пропорционален его температуре.
Закон Гей-Люссака

V/T=constV/T=const

Исторически события развивались следующим образом: Клапейрон, используя экспериментальные газовые законы, установил, что произведение давления газа на его объем, деленное на абсолютную температуру, является постоянной величиной для конкретной массы определенного газа, а Менделеев впоследствии показал, что отношение ее к числу молей этого газа есть константа, одинаковая для любого газа, взятого в любом количестве. Она получила название универсальная газовая постоянная и обозначение RR. Так появилось уравнение состояния идеального газа, базировавшееся на результатах опытов. Теоретический вывод уравнения состояния (уравнения Менделеева – Клапейрона) основывается на распределении Максвелла и законе сохранения импульса.

Не получается самостоятельно разобраться с темой? Заказать написание статьи по физике!

Тест по теме «Законы идеального газа»

Комментарии

Нет комментариев
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Прямой эфир