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

38627. ВЛИЯНИЕ НАНОРАЗМЕРНЫХ ДОБАВОК SI3N4 И НАНОВОЛОКОН УГЛЕРОДА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ПОРОШКОВОЙ СТАЛИ У10П 13.14 MB
  Определение закономерностей спекания порошковых сталей содержащих наноразмерные добавки в исходной шихте Исходные данные Железный порошок марки ПЖВ 2. Физика спекания 3. Зависимость твердости порошковой стали с нанодобавками от времени и температуры спекания. Структура порошковых сталей в зависимости от содержания нанодобавок от времени и температуры спекания.
38628. Особенности социально-досуговой деятельности с молодежью (на примере Муниципального Бюджетного Учреждения Молодежного Центра «Успех» в п. Мостовском Краснодарского края) 23.2 MB
  Мостовском Краснодарского края Организация социальнодосуговой деятельности молодежи в Краснодарском крае. Однако это внешняя сторона характерная тем более не для всей молодежи в целом. Вопросам социальной работы с различными категориями молодого поколения посвящены многочисленные научные труды отечественных и зарубежных авторов в которых рассматриваются такие аспекты как история возникновения и развития актуальность содержание технологии и методы осуществления отдельных направлений социальной работы с...
38629. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ РАБОЧЕЕ МЕСТО СПЕЦИАЛИСТА ДЕКАНАТА 9.33 MB
  Некоторые организации используют для этого шкафы с папками но большинство предпочитают компьютеризированные способы базы данных позволяющие эффективно хранить структурировать и систематизировать большие объемы данных. И уже сегодня без баз данных невозможно представить работу большинства финансовых промышленных торговых и прочих организаций. Не будь баз данных они бы просто захлебнулись в информационной лавине. Базы данных позволяют хранить структурировать информацию и извлекать её оптимальным для пользователя образом.
38630. РОЗРОБЛЕННЯ ПРОЕКТУ СУПРОВОДУ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ ДОРОЖНІМ ТРАФІКОМ НА БАЗІ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ СИСТЕМИ ВІДЕОСПОСТЕРЕЖЕННЯ 2.75 MB
  Необхідно встановити систему інтелектуального відеоспостереження за найбільш завантаженими транспортом вулицями яка буде здатна самостійно фіксувати деякі порушення правил дорожнього руху таки як перевищення швидкості проїзд на червоне світло проїзд у забороненому напрямку виїзд на зустрічну смугу порушення дорожньої розмітки та інші і оформляти штрафи відповідно базі даних номерів автомобілів і систему штрафів Придністровської Молдавської Республіки а також мати можливість розпізнавання викрадених транспортних засобів. Планується...
38631. «Облачные» ресурсы 37.21 KB
  Одним из следствий процесса глобализации и интеграционных процессов стало появление «облачных» технологий, что позволяет пользователю не быть привязанным к географической точке и активизировать процесс обмена даже весьма большими объемами информации.
38632. МОДЕРНИЗАЦИЯ ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Т-100-130 УРАЛЬСКОГО ТУРБИННОГО ЗАВОДА 277.5 KB
  Подогрев обратной сетевой воды производится в ПСГ1 и ПСГ2 . В зимнее время для подогрева воды можно использовать также встроенный в конденсатор выделенный пучок. При такой схеме подача циркуляционной воды в конденсатор сокращается и вакуум в нём ухудшается. Целью модернизации ТФУ является повышение термического КПД паровой турбины за счет увеличения температуры обратной сетевой воды на входе в ПСГ1 ПСГ2 что ведет к уменьшению расхода греющего пара в них и к уменьшению расхода топлива на его генерацию.
38633. Підвищення енергоефективності очистки стоків тваринницьких ферм 1.55 MB
  1 Визначення виходу біогазу.4 Визначення виходу біогазу в залежності від циклу бродіння і кількість енергії біогазу даного підприємства .6 Визначення енергії товарного біогазу і коефіцієнту товарності 2.1 Дослідження залежності виходу біогазу від тривалості циклу бродіння.
38634. Проект производственно-отопительной котельной 4.74 MB
  Характеристика исходной воды жесткость общая мгэкв кг___________________________________________ жесткость карбонатная мгэкв кг______________________________________ содержание ионов натрия____________________________________________ РАСЧЕТНО – ПОЯСНИТЕТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Раздел 1. Основной частью её является собственно паровой котел в котором осуществляется превращение воды в насыщенный пар. Подачи и сжигания топлива; очистки химической подготовки и деаэрации воды; теплообменные аппараты различного назначения; насосы исходной сырой воды...