Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа

Идеальный Газ

Введем ограничения, которые свойственны любой физической теории.

Идеальный газ - модель реального газа, которая удовлетворяет следующим требованиям:

• Расстояние между молекулами гораздо больше их размеров (молекулы можно считать материальными точками);
• Силами взаимодействия, кроме моментов соударения, можно пренебречь (потенциальная энергия взаимодействия молекул по сравнению с кинетической энергией хаотического движения пренебрежимо мала);
• Столкновение молекул друг с другом и со стенками абсолютно упругое;
• Движение каждой молекулы подчиняется классическим законам динамики Ньютона.

Реальный разреженный газ приблизительно ведет себя как идеальный газ.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа устанавливает связь между макроскопической величиной - давлением, которое может быть измерено, например манометром, и микроскопическими величинами, характеризующими молекулу:

где р - давление, m₀- масса молекулы, п - концентрация (число молекул в единице объема), v²- средний квадрат скорости молекул.

Если через Е обозначить среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекулы

можно записать:

Давление идеального газа пропорционально концентрации молекул и средней кинетической энергии их поступательного движения.

Уравнение состояния идеального газа устанавливает взаимосвязь между макроскопическими параметрами р, V, Т, характеризующими состояние данной массы газа т.

В 1834 г. французский ученый Клапейрон (1799 - 1864) получил уравнение для постоянной массы газа:

В 1874г. Д.И.Менделеев (1834-1907) получил уравнение состояния идеального газа для произвольной его массы: pV = (m/M)RT, оно носит название уравнения Менделеева-Клапейрона, где m - масса газа, R - универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(мольК).

Абсолютная влажность (р) - парциальное давление водяных паров, содержащихся в воздухе, или количество водяных паров, содержащихся в 1 м³воздуха, выраженного в граммах.

Абсолютный нуль температур - температура, при которой прекращается тепловое движение молекул.

Агрегатное состояние вещества - состояние одного и того же вещества, переходы между которыми сопровождаются скачкообразным изменением ряда физических свойств.

Аморфные тела - твердые тела, не имеющие упорядоченного, периодического расположения частиц в пространстве.

Анизотропия - неодинаковость физических свойств среды в различных направлениях, связанная с внутренним строением сред.

Атом - наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств.

Броуновское движение - беспорядочное движение малых частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием молекул.

Влажность (кг/м³) - содержание водяного пара в воздухе.

Внутренняя энергия идеального одноатомного газа - суммарная кинетическая энергия теплового движения атомов газа.

Внутренняя энергия тела (U) - сумма энергии хаотического (теплового) движения всех микрочастиц тела (молекул, атомов, ионов и т. д.) и энергии взаимодействия этих частиц.

Деформация - изменение формы или размеров тела (или части тела) под действием внешних сил (механических нагрузок) при нагревании, охлаждении, изменении влажности и других воздействиях, вызывающих изменение относительного расположения частиц тела.

Динамическое равновесие - процесс, при котором скорость парообразования равна скорости конденсации.

Диффузия - взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие теплового движения частиц.

Жидкость - агрегатное состояние вещества, промежуточное между твердым и газообразным. Жидкости сохраняют свой объем и принимают форму сосуда.

Закон Бойля-Мариотта. Для газа данной массы произведение давления на его объем постоянно, если его температура не меняется.

Закон Гей-Люссака. Для данной массы газа отношение его объема к абсолютной температуре постоянно, если давление газа не меняется.

Закон Гука. Относительное удлинение прямо пропорционально механическому напряжению.

Закон Шарля. Для данной массы газа отношение его давления к абсолютной температуре постоянно, если его объем не меняется

Идеальный газ - модель, в которой не учитывается взаимодействие частиц и их собственный объем. Соударение частиц происходит по закону упругого взаимодействия.

Изобарический процесс - процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянном давлении.

Изопроцесс - процесс, протекающий в термодинамической системе с неизменной массой при постоянном значении одного из параметров состояния.

Изотермический процесс - процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянной температуре.

Изохорический процесс - процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объеме.

Испарение - парообразование со свободной поверхности жидкости при любой температуре.

Кипение - процесс парообразования внутри и с поверхности жидкости при температуре кипения.

Количество вещества - отношение числа молекул в данном теле к числу атомов в 0,012 кг углерода.

Коэффициент полезного действия теплового двигателя (КПД, n) - физическая величина, определяемая отношением работы А, совершенной тепловым двигателем за один цикл, к количеству теплоты Q₁, полученной от нагревателя.

Кристаллические тела - твердые тела, имеющие упорядоченное, периодическое расположение частиц в пространстве.

Критическая температура - температура, при которой исчезают различия в физических свойствах между жидкостью и ее насыщенным паром.

Молекула - наименьшая частица данного вещества, обладающая его основными химическими свойствами.

Молекулярно-кинетическая теория объясняет свойства макроскопических тел и тепловых процессов, протекающих в них, на основе представлений о том, что все тела состоят из отдельных беспорядочно движущихся частиц.

Моль (v) - количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг.

Молярная масса (n) - масса одного моля вещества.

Молярная теплоемкость (с) - физическая величина, показывающая, какое количество теплоты требуется для изменения температуры 1 моля вещества на 1 °С (1 К).

Насыщенный пар - пар, находящийся в термодинамическом равновесии с жидкостью того же состава.

Ненасыщенный пар - пар, находящийся при давлении ниже давления насыщенного пара.

Необратимый термодинамический процесс - процесс, который самопроизвольно может протекать только в одном направлении.

Обратимый термодинамический процесс - термодинамический процесс, который может происходить как в прямом, так и в обратном направлении, причем система возвращается в исходное положение, а в окружающей среде и самой системе не происходит никаких изменений.

Относительная влажность (f, ф) - отношение парциального давления р водяного пара так же, как содержащегося в воздухе при данной температуре к парциальному давлению р₀ насыщенного пара при той же температуре, выраженное в процентах.

Парообразование - процесс перехода вещества из жидкого или твердого состояния в газообразное.

Первый закон термодинамики (первая формулировка). Изменение внутренней энергии тела (системы) при переходе из одного состояния в другое равно сумме совершенной над телом работы и полученного им количества теплоты.

Первый закон термодинамики (вторая формулировка). Количество тепла, полученного телом (системой) расходуется на изменение внутренней энергии системы и на работу против внешних сил.

Плавление - процесс перехода вещества из твердого (кристаллического) состояния в жидкое.

Плазма - частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности отрицательных и положительных зарядов равны.

Пластическая (остаточная) деформация - деформация, не исчезающая после прекращения действия внешних сил.

Пластичность - свойства твердых тел под действием внешних сил изменять, не разрушаясь, свою форму и раз⁴ меры и сохранять остаточные деформации после прекращения действия этих сил.

Полиморфизм - способность твердых тел существовать в двух или нескольких кристаллических структурах.

Постоянная Авогадро (N_A) - количество структурных элементов (атомов, молекул, ионов или других частиц) в одном моле вещества.

Предел пропорциональности (б _проп) - максимальное напряжение, при котором еще выполняется закон Гука.

Предел прочности (б _пр) - наибольшее напряжение, возникающее в теле перед началом его разрушения.

Предел упругости (б _упр) - напряжение, при котором тело полностью утрачивает упругость.

Твердые тела - агрегатное состояние вещества, характеризующееся стабильностью формы и объема при постоянной температуре.

Температура (Т, t°) - величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы и пропорциональная средней кинетической энергии частиц системы.

Температура кипения - температура жидкости, при которой давление ее насыщенного пара равно или превышает внешнее давление.

Температура плавления - температура, при которой кристаллическое вещество плавится.

Тепловое движение - беспорядочное (хаотическое) движение микрочастиц, из которых состоят все тела.

Тепловой двигатель - устройство, в котором осуществляется преобразование внутренней энергии топлива в механическую.

Теплоемкость тела (С) - количество теплоты, которое нужно сообщить данному телу, чтобы повысить его температуру на один градус.

Теплопередача - процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.

Теплопроводность - передача тепла в телах, не сопровождаемая перемещением составляющих их частиц. При теплопроводности перенос энергии осуществляется в результате непосредственной передачи энергии от частиц (молекул, атомов, электронов), обладающих большей энергией, частицам с меньшей энергией.

Термодинамические параметры - физические величины, которые служат в термодинамике для характеристики состояния рассматриваемой системы.

Термодинамическое равновесие - состояние термодинамической системы, в которое она самопроизвольно приходит через достаточно большой промежуток времени в условиях изоляции от окружающей среды.

Термометр - прибор для измерения температуры посредством контакта его с исследуемой средой.

Удельная теплоемкость (с) - физическая величина, показывающая, какое количество теплоты требуется для изменения температуры вещества массой 1 кг на 1 °С.

Удельная теплота парообразования (L) - величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо, чтобы обратить жидкость массой 1 кг в пар без изменения температуры.

Удельная теплота плавления (А) - физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо сообщить кристаллическому телу массой 1 кг, чтобы при температуре плавления перевести его в жидкое состояние.

Упругая деформация - деформация, полностью исчезающая после прекращения действия внешних сил.

Упругость - свойство тел восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия внешних сил и других причин, вызывающих деформацию тел.

Уравнение состояния идеального газа. Для данной массы газа произведение давления на объем, деленное на абсолютную температуру, есть величина постоянная.

Хрупкость - способность твердых тел разрушаться при механических воздействиях без заметной пластической деформации.

Дата добавления: 2015-05-10