Применение уравнения состояния идеального газа к различным процессам

С помощью уравнения состояния идеального газа можно исследовать процессы, в которых масса и один из трех параметров – p, V или T – остаются неизменными. Количественные зависимости между двумя параметрами газа при фиксированном значении третьего параметра называют газовыми законами.

Процессы, протекающие при неизменном значении одного из параметров, называют изопроцессами. (От греческого слова «изос» – равный.) Изопроцессы широко распространены в природе и часто используются в технике.

Уравнение состояния идеального газа

Уравнение состояния. Мы детально рассмотрели поведение идеального газа с точки зрения молекулярно-кинетической теории. Была определена зависимость давления газа от концентрации его молекул и температуры (формула 2.10). На основе этой зависимости можно получить уравнение, связывающее все три макроскопических параметра p, V и T, характеризующие состояние данной массы достаточно разреженного газа. Это уравнение называют уравнением состояния идеального газа.

Итоги "Температура. Энергия теплового движения молекул"

Внутреннее состояние макроскопических тел определяется величинами, называемыми макроскопическими параметрами. К их числу относятся давление, объем и температура. Температура является мерой интенсивности теплового движения молекул и характеризует состояние теплового равновесия термодинамической системы. При тепловом равновесии не происходит никаких макроскопических процессов и все макроскопические параметры остаются неизменными, а температура имеет одно и то же значение во всех частях системы.

Примеры решения задач "Температура. Энергия теплового движения молекул"

При решении задач этой главы используется формула (2.6), определяющая абсолютную температуру, формула (2.9), связывающая среднюю энергию хаотического движения с температурой, и формула (2.12) для средней квадратической скорости молекул. Некоторые задачи удобно решать, используя формулу (2.10), связывающую давление газа с концентрацией молекул и абсолютной температурой.

Кроме того, нужно знать значение постоянной Больцмана (2.7).

Измерение скоростей молекул газа

Средняя скорость теплового движения молекул. Уравнение (2.9) дает возможность найти среднюю скорость теплового движения молекул. Подставляя в это уравнение получим выражение для среднего квадрата скорости:

     (2.11)

Отсюда средняя скорость молекулы (точнее, средняя квадратическая скорость) равна:

     (2.12)

Абсолютная температура. Температура – мера средней кинетической энергии молекул

Абсолютный нуль температуры. Температура, определяемая формулой (2.6), очевидно, не может быть отрицательной, так как все величины, стоящие в левой чисти (2.6), заведомо положительны. Следовательно, наименьшее возможное значение температуры T есть T = 0, когда либо давление p, либо объем V равны нулю.

Измерение температуры

Термометры. Для измерения температуры можно воспользоваться изменением любой макроскопической величины в зависимости от температуры: объема, давления, электрического сопротивления и т. д.

Тепловое равновесие. Температура

Макроскопические параметры. Для описания процессов в газах и других макроскопических телах нет необходимости все время обращаться к молекулярно-кинетической теории. Поведение макроскопических тел, в частности газов, можно охарактеризовать немногим числом физических величин, относящихся не к отдельным молекулам, слагающим тела, а ко всем молекулам в целом. К числу таких величин относятся объем V, давление p, температура t и др.

Итоги «Основы молекулярно-кинетической теории»

Согласно основным положениям молекулярно-кинетической теории все тела состоят из молекул (или атомов); между молекулами на малых расстояниях, меньших собственных размеров молекул, действуют силы отталкивания, а на больших – силы притяжения; молекулы участвуют в хаотическом тепловом движении.

Примеры решения задач и упражнения к главе "Основы молекулярно-кинетической теории"

При решении большей части задач первой главы нужно уметь определить молярные массы веществ. Для этого по известным из таблицы Менделеева относительным атомным массам надо определить относительную молекулярную массу, а затем и молярную массу по формуле M = 10-3 Mr, кг/моль, где M – молярная масса; Mr – относительная молекулярная масса.

Pages