Лекция № 6

Лекция № 6

Тема: Уравнение состояния ИГ. Газовые законы и их графики.

  I.  При описании свойств газов, пользовались величинами, характеризующими молекулярный мир (микромир) например: Емолек, υ ее движения, т и т. д.. Эти параметры наз-ся микроскопическими (малый). Но можно пользоваться и параметрами которые находят простым измерением с помощью приборов, и наз-ся макроскопическими.

Важнейшими термодинамическими параметрами являются .

Если взять определенную т Г, то при газ будет находиться в равновесном состоянии. Когда происходят изменения этих параметров, то в газе протекает тот или иной процесс.

Если этот процесс состоит из ряда непрерывно следующих друг за другом равновесных состояний газа, то он наз-ся равновесным процессом.

Равновесный процесс должен протекать медленно, т. к. при быстром изменении параметров и Т не могут иметь соответственно одинаковые значения во всем объёме газа.

Если же при газа значения всех его параметров в начале и в конце процесса окажутся одинаковыми, то процесс наз-ся круговым или замкнутым.

Соотношения между значениями тех или иных параметров в начале и в конце процесса наз-ся газовым законом (ГЗ). ГЗ, выражающий связь между всеми тремя параметрами газа наз-ся объединенным ГЗ.

  II.  ОГЗ. Приведение объема газа к н. у.

Связь между : , где

или (1)

Т. к. при , то N – (число молекул) = const, – постоянное число, т. е.

– ОГЗ : при газа произведение V на p, деленное на абсолютную температуру газа, есть величина одинаковая для всех состояний этой массы газа.

Уравнение состояния в форме называется уравнением Кла­пейрона и представляет собой одну из форм записи уравнения состояния. (Индексы 1 – начало процесса, 2 – конец.)

Иногда нужно установить какой займет имеющаяся масса газа при н. у.:

отличные параметры от нормального состояния

или

.

  III.  Молярная газовая постоянная

Ф (1) справедлива для любой массы газа, в которой содержится N молекул. Если применить эту формулу к одному молю газа, то , а :

Т. к. в 1 моле газа содержится одно и тоже число молекул ,то произведение имеет одинаковое значение для всех газов, т. е. не зависит от природы газа.

Произведение называют универсальной (мо­лярной) газовой постоянной и обо­значают буквой R: .

Численное значение находится при , , :

  IV.  Выясним как будет выглядеть ф (1), если в неё ввести .

Т. к. , где – число молей в массе газа, то , поскольку , и

или –– Уравнение Менделеева-Клапейрона или уравнение состояния для произвольной массы ИГ.

Знать уравнение состояния не­обходимо при исследовании тепловых явлений. Оно позволяет полностью или частично ответить сразу на три группы различных вопросов.

Уравнение состояния позволяет определить одну из величин, ха­рактеризующих состояние, например Т, если известны две другие величины. Это и используют в термометрах.

Зная уравнение состояния, мож­но сказать, как протекают в системе различные процессы при определен­ных внешних условиях, например, как будет меняться давление газа, если увеличивать его объем при неизменной температуре, и т. д. Зная уравнение состоя­ния, можно определить, как меняется состояние системы, если она совер­шает работу или получает теплоту от окружающих тел.

Для 1 моля ИГ уравнение Менделеева-Клапейрона:

Плотность газа:

  V.  Зависимость средней квадратичной скорости молекул газа от температуры.

Средне квадратичная скорость : , т. к. , то , поскольку есть масса 1 моля газа М, то: .

Из формулы плотности

Средняя арифметическая скорость:

Наивероятнейшая скорость:

  VI.  С помощью уравнения состояния ИГ можно исследовать процессы, в которых масса газа и один из 3 параметров

Процессы, протекающие при не­изменном значении одного из пара­метров, называют изопроцессами.

Ø  Изобарный процесс –– процесс в газе, который происходит при и неизменном давлении.

Этот процесс был изучен в 1802 г. фр. физиком Гей-Люссаком и носит название закона Гей-Люссака.

и или :

при газа и объём газа прямо пропорционален его абсолютной температуре.

Ø  Изохорный процесс –– процесс в газе, который происходит при и неизменном объёме.

Установлен в 1787 г. ф. ф. Шарлем и носит название закон Шарля.

и или :

при газа и давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре.

Ø  Изотермический процесс –– процесс в газе, который происходит при и неизменной температуре.

Этот закон экспериментально был открыт английским ученым Бойлем (1627—1691) и не­сколько позже франц. ученым Мариоттом (1620—1684). Поэтому он носит название закона Бойля — Мариотта.

и или :

при газа и давление газа обратно пропорционально его объему.

При этом процессе вытекает следствие, что плотность газа изменяется прямо пропорционально давлению:

  VII.  Графики изопроцессов.