74782

Понятие идеального газа. Давление. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов

Доклад

Физика

Для вывода основного уравнения молекулярно-кинетической теории рассмотрим одноатомный идеальный газ. Предположим, что молекулы газа движутся хаотически, число взаимных столкновений между молекулами газа пренебрежимо мало по сравнению с числом ударов о стенки сосуда...

Русский

2015-01-05

85 KB

0 чел.

22.Понятие идеального газа. Давление. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов

Для вывода основного уравнения молекулярно-кинетической теории рассмотрим одноатомный идеальный газ. Предположим, что молекулы газа движутся хаотически, число взаимных столкновений между молекулами газа пренебрежимо мало по сравнению с числом ударов о стенки сосуда, а соударения молекул со стенками сосуда абсолютно упругие. Выделим на стенке сосуда некоторую элементарную площадку S (рис. 64) и вычислим давление, оказываемое на эту площадку. При каждом соударении молекула, движущаяся перпендикулярно площадке, передает ей импульс m0v(– m0v) = 2m0v, где m0 — масса молекулы, v ее скорость. За время t площадки S достигнут только те молекулы, которые заключены в объеме цилиндра с основанием S и высотой vt (рис. 64). Число этих молекул равно nSvt (n — концентрация молекул).

Необходимо, однако, учитывать, что реально молекулы движутся к площадке S под разными углами и имеют различные скорости, причем скорость молекул при каждом соударении меняется. Для упрощения расчетов хаотическое движение молекул заменяют движением вдоль трех взаимно перпендикулярных направлений, так что в любой момент времени вдоль каждого из них движется 1/3 молекул, причем половина молекул 1/6 движется вдоль данного направления в одну сторону, половина — в противоположную. Тогда число ударов молекул, движущихся в заданном направлении, о площадку S будет 1/6nSvt. При столкновении с площадкой эти молекулы передадут ей импульс

 

Тогда давление газа, оказываемое им на стенку сосуда,

(43.1)

Если газ в объеме V содержит N молекул, движущихся со скоростями v1, v2, ..., vN, то целесообразно рассматривать среднюю квадратную скорость

(43.2)

характеризующую всю совокупность молекул газа.

Уравнение (43.1) с учетом (43.2) примет вид

(43.3)

Выражение (43.3) называется основным уравнением молекулярно-кинетической теории идеальных газов.

В молекулярно-кинетической теории пользуются идеализированной моделью идеального газа, согласно которой считают, что:

1) собственный объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда;

2) между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия;

3) столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие.

Модель идеального газа можно использовать при изучении реальных газов, так как они в условиях, близких к нормальным (например, кислород и гелий), а также при низких давления» и высоких температурах близки по своим свойствам к идеальному газу. Кроме того, внеся поправки, учитывающие собственный объем молекул газа и действующие молекулярные силы, можно перейти к теории реальных газов.

рассмотрим.

Закон Бойля-Мариотта: для данной массы газа при постоянной температуре произведение давления газа на объем есть величина постоянная;рv = const при Т, m = сonst 42.1Кривая, изображающая зависимость между величинами р и V, характеризующими свойства вещества при постоянной температуре, называется изотермой.Изотермы представляют собой гиперболы, расположенные на графике тем выше, чем выше температура (рис.38).

Законы Гей-Люссака:1) объем данной массы при постоянном давлении изменяется линейно с температурой: V = V0 (1 + t) при p ,m = const (42.2)2)давление данной массы газы при постоянном объеме изменяется линейно с температурой: p = p0 (1+t) при V, m = const-42.3 В этих уравнениях t - температура по шкале Цельсия, р0 и V0 - давление и объем при О0С, коэффициент = 1/273.15 К-1.Процесс, протекающий при постоянном давлении, называется и з о б а р н ы м.На диаграмме в координатах V, t(рис.39) этот процесс изображается прямой, называемой изобарой. Процесс, протекающий при постоянном объеме , называется и з о х о р н ым. На диаграмме в координатах p, t (рис.40) он изображается прямой, называемой изохорой.Из 42.2 и 42.3 следует, что изобары и изохоры пересекают ось температур в точке t = - 1/ = - 273.15 0С, определяемой из условия 1+ t = 0. Если сместить начало

отсчета в эту точку, то происходит переход к шкале Кельвина (рис.40)

откуда Т = t + 1/

Вводя в формулы 42.2 и 42.3 термодинамическую температуру, закона Гей-Люссака можно придать более удобный вид:V = V0 (1 + t) = V0 [1+( T - 1/)] = V0T;p = p0(1+ t) = p0[1+( T - 1/)] = p0  T; или V1/V2 = T1/T2 при p, m = const 41.4 p1/p2 = T1/T2 при V, m = const---41.5 где индексы 1 и 2 относятся к произвольным состояниям, лежащим на одной изобаре или изохоре.

Закон Авогадро: моли любых газов при одинаковых температуре и давлении занимают одинаковые объемы. При нормальных условиях ( р = 1.013 105 Па, Т = 273, 15 К) этот объем равен 22.41 10-3 м3/ моль.По определению, в одном моле различных веществ содержится одно и тоже число молекул, называемое постоянной Авогадро:N a = 6.022 10 23 моль-1.Закон Дальтона : давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений входящих в нее газов, т.е.р = р1 + р2 + ......+ рn где р1,......, рn - парциальные давления - давления, которые оказывали бы газы смеси, если бы они одни занимали объем, равный объему смеси при той же температуре.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов. Для вывода уравнения рассмотрим одноатомный идеальный газ. Предположим, что молекулы газа движутся хаотически, число взаимных столкновений между молекулами газа пренебрежно мало по сравнению с числом ударов о стенки сосуда, соударения молекул со стенками сосуда абсолютно упругие. Выделим на стенке сосуда некоторую элементарную площадку S (рис.42) и вычислим давление, оказываемое на эту площадку. При каждом соударении молекула массой m0 передает стенке сосуда импульс: m0v - ( - m0v) = 2 m0 v,

где v - скорость молекул газа. За время t площадки S достигнут только те молекулы, которые заключены в объеме цилиндра с основанием S и высотой v t (рис.42).

Число этих молекул равно nS vt (n - число молекул в единице объема).Необходимо, однако, учитывать, что реально молекулы движутся к площадке S под разными углами и имеют скорость молекул при каждом соударении меняется. Для упрощения расчетов хаотическое движение молекул заменяют движением вдоль трех взаимно перпендикулярных направлений, так что в любой момент времени вдоль каждого из них движется 1/3 молекул, причем половина молекул (1/6) движется вдоль данного направления в одну сторону, половина в противоположную. Тогда число ударов молекул, движущихся в заданном направлении, о площадку S будет 1/6 n S vt. При столкновении с площадкой эти молекулы передадут ей импульс Р = 2 m0v 1/6 nS v  t = 1/3 n m0 v2 St. Тогда давление газа, оказываемое им на стенку сосуда р= Р/ (t S) = 1/3 n m0v2-44.1Если газ в объеме V содержит N молекул, движущихся со скоростями v1,v2,...,vn, то целесообразно рассматривать среднюю квадратичную скорость44.2 характеризуюущую всю совокупность молекул газа.

Уравнение 44.1 и 44.2 примет вид р = 1.3 nm0 < vкв>2Учитывая, что n = N/ v, получим рV = 1/3 Nm0 < vКВ>2-44.3 или pV = 2/3 N (m0<vкв>2/2) = 2/3 E---44.4 где Е - суммарная кинетическая энергия поступательного движения всех молекул газа.Выражение 44.4 или эквивалентное ему 44.3 называется основным уравнением молекулярно-кинетической теории идеальных газов.Так как масса газа m = N m0, то уравнение 44.3 можно переписать в виде pV = 1/3 m < vкв>2Для одного моля газа m=M (M - молярная масса), поэтому где Vm - молярный объем. С другой стороны, по уравнению Клайперона-Менделеева рVm = RT. Таким образом, RT = 1/3 M < vкв>2, откуда -44.5Так как M = m0Na, где m0 - масса одной молекулы, а N - постоянная Авогадро, то из уравнения 44.5, следует, что < vкв> = 3RT / (m0Na) = 3 kT/m0-44.6 где k = R/NA - постоянная Больцмана.Средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы идеального газа <0> = Е/N = m0 <vкв>2/2 = 3/2 kT-44.7пропорциональна термодинамической температуре и зависит только от нее

Давле́ние (P) — физическая величина, характеризующая состояние сплошной среды и численно равная силе , действующей на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности. В простейшем случае анизотропной равновесной неподвижной среды (гидростатическое давление) или идеальной (не имеющей внутреннего трения и анизотропной) движущейся среды давление не зависит от ориентации поверхности. В данной точке давление определяется как отношение нормальной составляющей силы, действующей на малый элемент поверхности, к его площади:

.

Среднее давление по всей поверхности есть отношение силы к площади поверхности:


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18261. Основи навчання військовослужбовців в арміях НАТО 211.1 KB
  Заняття 23: Основи навчання військовослужбовців в арміях НАТО Мета заняття: формувати у курсантів риси необхідні військовому керівнику для професійної діяльності; сприяти розвитку почуття свід...
18262. Виховна діяльність в період адаптації молодого поповнення до військової служби 130 KB
  Заняття 17: Виховна діяльність в період адаптації молодого поповнення до військової служби. Мета заняття: Зясувати зміст напрямки та особливості адаптації молоді до військової служби....
18263. Виховання як педагогічне явище 96.22 KB
  Заняття №1: Виховання як педагогічне явище. Мета заняття: формувати у студентів риси необхідні військовому керівнику для професійної діяльності; сприяти розвитку почуття свідомої військової
18264. Методика консультування офіцером сержантів і солдатів з питань розвитку і самовдосконалення 166.5 KB
  Заняття 19: Методика консультування офіцером сержантів і солдатів з питань розвитку і самовдосконалення. Мета заняття: Зясувати сутність консультування підлеглих. Поділ ролей офіцера...
18265. Методологічні проблеми військового виховання 59.41 KB
  Заняття №4: Методологічні проблеми військового виховання. Мета заняття: Зясувати закономірності виховання військовослужбовців. Усвідомити мету й ідеал виховання військовослужбовців Збройних Сил...
18266. Принципи виховання військовослужбовців 68.33 KB
  Заняття №6: Принципи виховання військовослужбовців. Мета заняття: формувати у курсантів риси необхідні військовому керівнику для професійної діяльності; сприяти розвитку почуття свідомої ві
18267. Організація та зміст гуманітарної підготовки в ЗС України 50.2 KB
  Заняття 20: Організація та зміст гуманітарної підготовки в ЗС України. Мета заняття: формувати у курсантів риси необхідні військовому керівнику для професійної діяльності; сприяти розвитку почутт...
18268. Методи і форми військового навчання 68.03 KB
  Заняття 10: Методи і форми військового навчання. Мета заняття: формувати у курсантів риси необхідні військовому керівнику для професійної діяльності; сприяти розвитку почуття свідомої вій
18269. Методи виховання військовослужбовців 210.5 KB
  Заняття №10 Методи виховання військовослужбовців. Мета заняття: Зясувати зміст поняття €œметоди виховання військовослужбовців€ та їх класифікацію. Вивчити методику застосування о...