ГлавнаяФизикаИдеальный газ

Физика - это просто!

МЕХАНИКА
ТЕРМОДИНАМИКА
· Температурные шкалы
· Тепловое расширение
· Перенос тепла
· Фазовые переходы
· Теплопроводность
· Тепловое излучение
· Закон идеального газа
· Три начала термодинамики
· Изобарический процесс
· Изохорический процесс
· Изотермический процесс
· Адиабатический процесс
· Удельная теплоемкость
· КПД теплового двигателя
ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

Онлайн тесты по ЕГЭ

Идеальный газ


Идеальным газом в физике называют газ, в котором взаимодействия молекул рассматриваются с точки зрения их парных столкновений, при этом время столкновения намного меньше времени между столкновениями.

Для большей наглядности понимания идеального газа можно провести аналогию с игрой на бильярде, где шары выполняют роль молекул. Однако, в природе существуют реальные газы (например, гелий), используя которые, физики могут с удовлетворительной точностью описывать идеальные процессы термодинамики.

Описание поведения реальных газов в природе можно связать при помощи таких понятий, как температура, давление, объем, моль.

Экспериментально доказано, что при постоянном объеме температура и давление газа повышаются (понижаются) линейно (давление газа прямо пропорционально его температуре). В случае изменения объема газа давление в нем будет меняться обратно пропорционально (чем больше объем, тем ниже давление, и наоборот).

P ∝ T
P ∝ T/V

При постоянных температуре и объеме идеального газа его давление прямо пропорционально кол-ву молей газа n:

P ∝ nT/V

Если добавить к формуле универсальную газовую постоянную R=8,31 Дж/(моль·К), мы свяжем давление, объем, кол-во молей и температуру:

PV = nRT

Данная формула носит название закона идеального газа.

Используя число Авогадро NA и общее кол-во молекул N, можно видоизменить закон идеального газа следующим образом:

PV = nRT = (N/NA)RT

k = R/NA = 1,38·10-23 Дж/К - постоянная Больцмана.

PV = NkT

Применяя закон идеального газа, и зная его кол-во, температуру, занимаемый объем, можно предсказать давление газа.

В физике под нормальными условиями принято считать следующие условия:

Подставив даные в формулу закона идеального газа, получим, что при нормальных условиях 1 моль идеального газа занимает объем 2,24136·10-2 м-3.

Закон идеального газа физики трактуют по-разному.

Закон Бойля-Мариотта гласит - при постоянной температуре и массе идеального газа произведение его давления и объёма постоянно (при прочих постоянных условиях произведение PV будет неизменно).

PконVкон = PначVнач

Закон Шарля гласит - давление данной массы идеального газа при постоянном объеме прямо пропорционально абсолютной температуре (при прочих постоянных условиях отношение V/T будет неизменно).

TконVкон = TначVнач

Закон Гей-Люссака гласит - при постоянном давлении объём постоянной массы газа пропорционален абсолютной температуре (при прочих постоянных условиях отношение P/T будет неизменно).

PконТкон = PначТнач

Используя различные интерпретации закона идеального газа, можно, например, вычислить среднюю кинетическую энергию для каждой отдельной молекулы газа.

сред = 3/2(kT)

Предположим, что температура окружающего воздуха равна 27°C (300 К). Средняя кинетическая энергия молекул, находящихся в воздухе, будет равна:

сред = 3/2(1,38·10-23)(300) = 6,21·10-21 Дж.

С другой стороны:

сред = 1/2(mv2)

Отсюда, скорость отдельно взятой молекулы будет равна:

v = √(2KE/m)

Поскольку атмосферный воздух на 78% состоит из молекул азота, имеющих массу 4,65·10-26 кг, можно вычислить их скорость:

v = √(2KE/m) = 516,81 м/с


В начало страницы