כיצד משתנה לחץ הגז האידיאלי?

גז אידיאלי הוא פיזימודל של גז. מודל זה למעשה אינו לוקח בחשבון את האינטראקציה של מולקולות זה עם זה. הוא משמש לתיאור התנהגות של גזים מנקודת מבט מתמטית. מודל זה מניח את התכונות הבאות של גז:

• גודל המולקולות גדול מהמרחק בין המולקולות;
• מולקולות הן כדורים עגולים;
• המולקולות נדחקות זו מזו ומקירות הספינה רק לאחר ההתנגשות. ההתנגשויות הן גמישות לחלוטין;
• מולקולות לנוע בהתאם לחוקי ניוטון.

ישנם מספר סוגים של גז אידיאלי:

• קלאסית;
• קוונטית (רואה גז אידיאלי בתנאים של הורדת הטמפרטורה והגדלת המרחק בין המולקולות);
• בשדה הכבידה (הוא רואה שינויים במאפיינים של גז אידיאלי בשדה כבידה).

להלן נבחן את הגז האידיאלי הקלאסי.

כיצד לקבוע את הלחץ של גז אידיאלי?

התלות הבסיסית של כל הגזים האידיאליים באה לידי ביטוי במשוואה מנדלייב-קלפירון.

PV = (m / M) • RT [פורמולה 1]

היכן you

• P הוא הלחץ. יחידת מידה - אבא (פסקל)
• R = 8,314 הוא קבוע הגז האוניברסלי. יחידת המדידה היא (J / mol • K)
• T היא הטמפרטורה
• אשר- Volume
• מ 'הוא המסה של הגז
• M הוא המסה הטוחנת של הגז. יחידת המדידה (g / mol).

P = nkT [נוסחה 2]

פורמולה 2 מראה כי הלחץ של גז אידיאלי תלוי בריכוז של מולקולות וטמפרטורה. אם ניקח בחשבון את הייחודיות של גז אידיאלי, אז n ייקבע על ידי הנוסחה:

n = mNa / MV [נוסחה 3]

היכן you

• N הוא מספר המולקולות שבכלי השיט
• N_א - אבוגדרו קבוע

החלפת הנוסחה 3 בנוסחה 2, אנו מקבלים:

• PV = (m / M) Na kT [נוסחה 4]
• k * N_א = R [פורמולה 5]

R קבוע הוא קבוע עבור שומה אחת של גז במשוואה מנדלייב-קלאפירון (אנו זוכרים כי בלחץ קבוע הטמפרטורה, 1 שומה של גזים שונים תופסת את אותו נפח).

כעת אנו שואבים את משוואת הלחץ עבור גז אידיאלי

m / M = ν [נוסחה 6]

• שם ν הוא כמות החומר. יחידת המידה היא שומה

אנו משיגים את משוואת הלחץ של גז אידיאלי, הנוסחה ניתנת להלן:

P = RRT / V [נוסחה 7]

• שבו P הוא הלחץ. יחידת מידה - אבא (פסקל)
• R = 8,314 הוא קבוע הגז האוניברסלי. יחידת המדידה היא (J / mol • K)
• T היא הטמפרטורה
• אשר- Volume.

כיצד ישתנה הלחץ של גז אידיאלי?

ניתוח השוויון 7, אנו יכולים לראות כי הלחץ של גז אידיאלי פרופורציונלי לשינוי טמפרטורה וריכוז.

במצב של גז אידיאלי, כל הפרמטרים שבהם הוא תלוי אפשריים, וחלקם עשויים להשתנות. הבה נבחן את המצבים הסבירים ביותר:

• תהליך איזותרמי. תהליך זה מאופיין בכך הטמפרטורה בו יהיה קבוע (T = const). אם אנו מחליפים טמפרטורה קבועה במשוואה 1, אנו רואים כי הערך של המוצר P * V יהיה גם הוא קבוע.
  • PV = const [פורמולה 8]

משוואה 8 מראה את הקשר בין נפחגז ולחץ שלה בטמפרטורה קבועה. משוואה זו נתגלתה במאה ה -17 על ידי הניסויים על ידי הפיזיקאים רוברט בויל ואדם מריוט. המשוואה נקראה לכבודם על פי חוק בויל-מריוט.

• תהליך איזוכורי. בתהליך זה, נפח, המסה של הגז המסה הטוחנת שלה נשארים קבועים. V = const, m = const, M = const. לכן, אנו מקבלים את הלחץ של גז אידיאלי. הנוסחה מוצגת להלן:
  • P = P₀AT [פורמולה 9]
  • איפה: P הוא לחץ הגז בטמפרטורה מוחלטת,
  • עמ '₀ - לחץ גז בטמפרטורה של 273 ° K (0 ° C),
  • A הוא מקדם הטמפרטורה של הלחץ. A = (1 / 273.15) K^-1

תלות זו התגלתה במאה ה -19 על ידי הפיזיקאי הניסויי צ'רלס. לכן, המשוואה היא שם היוצר שלה - החוק של צ 'ארלס.

תהליך איזוכורי ניתן לראות אם הגז מחומם בנפח קבוע.

• תהליך איזוברי. לתהליך זה, הלחץ, המסה של הגז והמסה הטוחנת שלו קבועים. P = const, m = const, M = const. למשוואה של התהליך האיזוברי יש את הצורה:
  • V / T = Const או V = V₀AT [פורמולה 10]
  • היכן you אשר₀ - נפח גז בטמפרטורה של 273 ° K (0 ° C);
  • A = (1 / 273.15) K^-1.

בנוסחה זו, מקדם A משמש כמקדם טמפרטורה להרחבה נפחית של הגז.

תלות זו התגלה במאה ה -19 על ידי הפיזיקאי יוסף גיי-לוסאק. לכן השוויון הזה נושא את שמו - חוק גאי-לוסאק.

אם ניקח בקבוק זכוכית מחובר צינור, הפתיחה של אשר מכוסה על ידי נוזל, כדי לחמם את המבנה, אנו יכולים לצפות בתהליך isobaric.

ראוי לציין כי האוויר בטמפרטורת החדר יש מאפיינים דומים הגז האידיאלי.