10 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Параметры состояния идеального газа

Идеальный газ. Параметры состояния идеального газа.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Идеальным газом называется газ, при рассмотрении свойств которого соблюдаются следующие условия:
а) соударения молекул такого газа происходят как соударения упругих шаров, размеры которых пренебрежимо малы;
б) от столкновения до столкновения молекулы движутся равномерно и прямолинейно;
в) пренебрегают силами взаимодействия между молекулами.

Реальные газы при комнатной температуре и нормальном давлении ведут себя как идеальные газы. Идеальными газами можно считать такие газы как гелий, водород, свойства которых уже при обычных условиях отвечают закономерностям идеального газа.

Состояние некоторой массы идеального газа будет определяться значениями трех параметров: P, V, T. Эти величины, характеризующие состояние газа, называются параметрами состояния. Эти параметры закономерно связаны друг с другом, так что изменение одного из них влечет за собой изменение другого. Эта связь аналитически может быть задана в виде функции:

Соотношение, дающее связь между параметрами какого-либо тела, называется уравнением состояния. Следовательно, данное соотношение является уравнением состояния идеального газа.

Рассмотрим некоторые из параметров состояния, характеризующих состояние газа:

1) Давление (P). В газе давление возникает в результате хаотического движения молекул, в результате которого молекулы сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда. В результате удара молекул о стенку сосуда со стороны молекул на стенку будет действовать некоторая средняя сила dF. Предположим, что площадь поверхности dS, тогда . Следовательно:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ (механистическое): Давление – это физическая величина, численно равная силе, действующей на единицу площади поверхности, нормальную к ней.

Если сила равномерно распределена по поверхности, то . В системе СИ давление измеряется в 1Па=1Н/м 2 .

ОПРЕДЕЛЕНИЕ (предварительное): Температура тела – это термодинамическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы.

Температура одинакова для всех частей изолированной системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия. Т.е., если соприкасающиеся тела находятся в состоянии теплового равновесия, т.е. не обмениваются энергией путем теплопередачи, то этим телам приписывается одинаковая температура. Если при установлении теплового контакта между телами одно из них передает энергию другому посредством теплопередачи, то первому телу приписывается большая температура, чем второму.

Любое из свойств тела (температурный признак), зависящее от температуры может быть использовано для количественного определения (измерения) температуры.

Например: если в качестве температурного признака выбрать объем и считать, что с температурой объем изменяется линейно, то выбрав за “0” температуру таяния льда, а за 100° – температуру кипения воды, получим температурную шкалу, называемую шкалой Цельсия. Согласно которой состоянию, в котором термодинамическое тело имеет объем V, следует приписывать температуру:

Для однозначного определения температурной шкалы необходимо условиться, кроме способа градуировки, также о выборе термометрического тела (т.е. тела, которое выбирается для измерения) и температурного признака.

Известны две температурные шкалы:

1) t – эмпирическая или практическая шкала температур (°C). (О выборе термометрического тела и температурного признака для этой шкалы скажем позже).

2) T – термодинамическая или абсолютная шкала (°K). Эта шкала не зависит от свойств термодинамического тела (но об этом речь пойдет позже).

Температура T, отсчитанная по абсолютной шкале, связана с температурой t по практической шкале соотношением

Единицу абсолютной температуры называют Кельвином. Температуру по практической шкале измеряют в град. Цельсия (°C). Значения град. Кельвина и град. Цельсия одинаковы. Температура равная 0°K называется абсолютным нулем, ему соответствует t=-273,15°C

Газовые законы.

Если разрешить уравнение состояния идеального газа

относительно какого-либо из параметров, например, p, то уравнение состояния примет вид

.

И известные из школьного курса физики законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака дают уравнения состояния для случаев, когда один параметров остается постоянным.

Известные газовые законы (Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Дальтона, Авогадро) были открыты опытным путем задолго до появления молекулярно-кинетической теории. Эти законы были установлены на опытах с газами, находящимися в условиях, не очень сильно отличающихся от нормальных атмосферных условий, т.е. при не очень низких температурах и не очень высоких давлениях. При иных условиях экспериментальные газовые законы уже не точно отражают свойства газов, т.е. все эти законы являются приближенными.

Рассмотрим некоторые из этих законов:

1) Закон БойляМариотта (m = const, T = const).

Изучая изотермические процессы, английский ученый Бойль (1662г.) и французский ученый Мариотт (1667г.) независимо друг от друга установили следующий закон:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Для данной массы газа при постоянной температуре (T = const) давление газа изменяется обратно пропорционально объему.

Аналитически это можно записать в виде: P·V = const (T = const). Совокупность состояний, отвечающих одной и той же температуре, изобразится на диаграмме (P, V) кривой, определяемой уравнением гиперболы. Каждому значению температуры соответствует своя кривая, называемая изотермой. А переход газа из одного состояния в другой, совершающийся при постоянной температуре, называется изотермическим процессом.

2) Закон Гей-Люссака (m = const, P = const).

Изучая изобарические газовые процессы, французский физик Гей-Люссак в 1802г. установил следующий закон:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Для данной массы газа при постоянном давлении объем газа меняется линейно с ростом температуры:
,
где V – объем газа при температуре t°;
V – объем газа при 0°C;
a – термический коэффициент объемного расширения ( ).

Термический коэффициент объемного расширения показывает, на какую часть относительно первоначального объема изменится объем газа при его нагреве на 1°. Для большинства газов .

Процесс, протекающий при постоянном давлении, называется изобарическим. Для газа такой процесс отобразится на диаграмме (V, t°) прямой; здесь различные прямые отвечают разным давлениям и называются изобарами.

3) Закон Шарля (m = const, V = const).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Для данной массы газа при постоянном объеме давление газа изменяется линейно с ростом температуры:
,
где P – давление газа при температуре t°;
P – давление газа при 0°C;
g – термический коэффициент давления газа ( ).

Аналогично сказанному ранее относительно коэффициента “a”, термический коэффициент давления газа показывает, на какую часть относительно первоначального давления изменится давление газа при его нагревании на 1°С.

Для идеального газа также . Для идеального газа .

Изохорический процесс, т.е. процесс, протекающий при постоянном объеме на диаграмме (P, t°) изобразится прямой линией. Различные прямые соответствую различным объемам и называются изохорами.

Заметим теперь, что все изобары и изохоры пересекают ось t° в одной и той же точке, определяемой из условия 1+a×t°=0. Откуда .

Если за начало отсчета температуры взять нуль (как это и было), то получим шкалу температур по Цельсию. Если сместить начало отсчета в точку -273.15, то перейдем к другой температурной шкале, которая называется абсолютной (или шкалой Кельвина).

В соответствии с определением абсолютной шкалы между абсолютной температурой (Т) и температурой по Цельсию (t) существует следующее соотношение:

. (9.1)

Температура равная 0°К называется абсолютным нулем.

Для установления абсолютной шкалы температур и абсолютного нуля мы воспользовались законами Гей-Люссака и Шарля и поступили сугубо формально. Однако Кельвин в 1852г., исходя из иных физических соображений установил такую же абсолютную шкалу температур с тем же значением абсолютного нуля, какие ранее были получены формально. Поэтому понятия абсолютной температуры и абсолютного нуля не следует рассматривать как формальные, не имеющие физического смысла. Кельвин показал, что абсолютный нуль – это самая низкая из возможных температур вещества. При абсолютном нуле прекращается хаотическое движение молекул в веществе. Однако это не означает, что в нем прекращается всякое движение. Сохраняется, например, движение электронов в атоме. В настоящее время удается охлаждать малые объемы вещества до температуры очень близкой к абсолютному нулю, не достигая последнего лишь на несколько тысячных долей градуса.

Перейдем теперь в уравнениях, описывающих законы Гей-Люссака и Шарля от температуры по Цельсию к абсолютной температуре, подставив вместо t величину .

Читать еще:  Антенна для радио своими руками

. (9.2)

(при условии g=a).

Параметры состояния идеального газа

Эмпирическая шкала Фаренгейта: .

Пример: t = 36,6 0 C; .

Абсолютная шкала Кельвина:

Удельный объем (плотность)

удельный объем это объем вещества массой в 1 кг;

плотность это масса вещества объемом в 1 м 3 ; .

Молекулярно-кинетическая теория газов

1. Все вещества состоят из атомов или молекул, размеры которых порядка 10 -10 м.

2.Атомы и молекулы вещества разделены промежутками, свободными от вещества. Косвенным подтверждением этого факта является изменяемость объема тела.

3.Между молекулами тела одновременно действуют силы взаимного протяжения и силы взаимного отталкивания.

4.Молекулы всех тел находятся в состоянии беспорядочного непрерывного движения. Хаотическое движение молекул называют также тепловым движением.

Скорость движения молекул связана с температурой тела в целом: чем больше эта скорость, тем выше температура. Таким образом, скорость движения молекул определяет тепловое состояние тела – его внутреннюю энергию.

16. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов (уравнение Клаузиуса). Уравнение состояния идеального газа (Менделеева — Клапейрона) Уравнение Клаузиуса

Вычислим давление, оказываемое молекулами на площадку S.

2-й закон Ньютона:

. (1)

Для одной молекулы:

. (2)

Число молекул в объеме параллелепипеда с основанием S и высотой vit:

n = N/V концентрация молекул, равная отношению числа молекул к объему занимаемого ими пространства.

Для молекул, которые передают импульс площадке S (в одном из трех взаимно перпендикулярных направлений движется 1/3 молекул, половина из них, т.е. 1/6 – на площадку S)

средняя квадратичная скорость молекул

, (4)

средняя кинетич. энергия поступательного движения молекул

Уравнение Клаузиуса: давление идеального газа численно равно 2/3 средней кинетической энергии поступательного движения молекул, находящихся в единичном объеме.

Уравнение Менделеева — Клапейрона

,

уравнение Менделеева – Клапейрона (5)

1-й закон Авогадро: киломоли всех газов при нормальных условиях занимают одинаковый объем, равный 22,4 м 3 /кмоль. (Если температура газа равна T = 273,15 К (0 °С), а давление p = 1 атм = 1,013·10 5 Па, то говорят, что газ находится при нормальных условиях.)

Уравнение Менделеева – Клапейрона для 1 моля газа

. (6)

Уравнение Менделеева – Клапейрона для произвольной массы газа

число молей. , (7)

Частные случаи уравнения Менделеева – Клапейрона

1. изотермическое состояние(закон Бойля – Мариотта)

2. изобарное состояние(закон Гей-Люссака)

3. изохорное состояние(закон Шарля)

17. Энергия термодинамической системы. Первый закон термодинамики. Работа, теплота, теплоемкость, ее виды

Энергия – это количественная мера движения материи.

.

Внутренняя энергия системы U равна сумме всех видов энергий движения и взаимодействия частиц, составляющих данную систему.

Работа – это способ передачи энергии, связанный с изменением внешних параметров системы.

Теплота – это способ передачи энергии, связанный с изменением внутренних параметров системы.

Различия между теплотой и работой:

работа может неограниченно превращаться в любой вид энергии, превращение теплоты ограничено рамками 2-го закона термодинамики: она идет только на увеличение внутренней энергии;

работа связана с изменением внешних параметров системы, теплота – с изменением внутренних параметров.

Все три величины – энергия, работа и теплота – в системе СИ измеряются в джоулях (Дж).

Идеальный газ. Параметры состояния идеального газа

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Идеальным газом называется газ, при рассмотрении свойств которого соблюдаются следующие условия:
а) соударения молекул такого газа происходят как соударения упругих шаров, размеры которых пренебрежимо малы;
б) от столкновения до столкновения молекулы движутся равномерно и прямолинейно;
в) пренебрегают силами взаимодействия между молекулами.

Реальные газы при комнатной температуре и нормальном давлении ведут себя как идеальные газы. Идеальными газами можно считать такие газы как гелий, водород, свойства которых уже при обычных условиях отвечают закономерностям идеального газа.

Состояние некоторой массы идеального газа будет определяться значениями трех параметров: P, V, T. Эти величины, характеризующие состояние газа, называются параметрами состояния. Эти параметры закономерно связаны друг с другом, так что изменение одного из них влечет за собой изменение другого. Эта связь аналитически может быть задана в виде функции:

Соотношение, дающее связь между параметрами какого-либо тела, называется уравнением состояния. Следовательно, данное соотношение является уравнением состояния идеального газа.

Рассмотрим некоторые из параметров состояния, характеризующих состояние газа:

1) Давление (P). В газе давление возникает в результате хаотического движения молекул, в результате которого молекулы сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда. В результате удара молекул о стенку сосуда со стороны молекул на стенку будет действовать некоторая средняя сила dF. Предположим, что площадь поверхности dS, тогда . Следовательно:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ (механистическое): Давление – это физическая величина, численно равная силе, действующей на единицу площади поверхности, нормальную к ней.

Если сила равномерно распределена по поверхности, то . В системе СИ давление измеряется в 1Па=1Н/м 2 .

ОПРЕДЕЛЕНИЕ (предварительное): Температура тела – это термодинамическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы.

Температура одинакова для всех частей изолированной системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия. Т.е., если соприкасающиеся тела находятся в состоянии теплового равновесия, т.е. не обмениваются энергией путем теплопередачи, то этим телам приписывается одинаковая температура. Если при установлении теплового контакта между телами одно из них передает энергию другому посредством теплопередачи, то первому телу приписывается большая температура, чем второму.

Любое из свойств тела (температурный признак), зависящее от температуры может быть использовано для количественного определения (измерения) температуры.

Например: если в качестве температурного признака выбрать объем и считать, что с температурой объем изменяется линейно, то выбрав за “0” температуру таяния льда, а за 100° – температуру кипения воды, получим температурную шкалу, называемую шкалой Цельсия. Согласно которой состоянию, в котором термодинамическое тело имеет объем V, следует приписывать температуру:

Для однозначного определения температурной шкалы необходимо условиться, кроме способа градуировки, также о выборе термометрического тела (т.е. тела, которое выбирается для измерения) и температурного признака.

Известны две температурные шкалы:

1) t – эмпирическая или практическая шкала температур (°C). (О выборе термометрического тела и температурного признака для этой шкалы скажем позже).

2) T – термодинамическая или абсолютная шкала (°K). Эта шкала не зависит от свойств термодинамического тела (но об этом речь пойдет позже).

Температура T, отсчитанная по абсолютной шкале, связана с температурой t по практической шкале соотношением

Единицу абсолютной температуры называют Кельвином. Температуру по практической шкале измеряют в град. Цельсия (°C). Значения град. Кельвина и град. Цельсия одинаковы. Температура равная 0°K называется абсолютным нулем, ему соответствует t=-273,15°C

Идеальный газ. Параметры состояния газа

Основные понятия идеального газа

Реальные газы хорошо описываются моделью идеального газа при достаточно больших разрежениях, т.е. когда среднее расстояние между молекулами газа во много раз больше размеров самих молекул. В этом случае силами притяжения между молекулами можно пренебречь, а силы отталкивания проявляются только при столкновениях молекул друг с другом в течение очень коротких промежутков времени. например, водород, кислород при нормальных условиях хорошо описываются моделью идеального газа.

Под нормальными условиями понимают состояние газа при температуре T=273 K и давлении p=101325 Па.

Состояние газов, удовлетворяющих модели идеального газа, описывается более простыми уравнениями, чем в случае реальных газов, в уравнениях для которых возникают многочисленные поправки, учитывающие взаимодействие между молекулами и их суммарный собственный объем. По сути, в модели идеального газа молекулы представляются в виде маленьких упругих шариков, которые, не задевая друг друга, летают по всему предоставленному объему и, изменяя свой импульс при ударах о стенки, оказывают на них давление.

Читать еще:  Обработка скрытых полостей автомобиля

Параметры состояния газа. Макро- и микропараметры

Состояние любой термодинамической системы описывается ее макро- и микропараметрами.

Основными макропараметрами или параметрами состояния идеального газа являются давление, температура и объем.

Давление характеризует силу ударов молекул газа о стенки сосуда. Температура является мерой кинетической энергии поступательного движения молекул газа. Объем – это область пространства, занимаемая газом.

К микропараметрам относятся масса молекулы, ее скорость, импульс, кинетическая энергия.

Состояние термодинамической системы, когда все ее параметры при неизменных внешних условиях не изменяются со временем, называютравновесным.

Примеры решения задач

1) размерами молекул можно пренебречь;

2) молекулы при столкновениях взаимодействуют как упругие шары;

3) при любом расстоянии между молекулами между ними действуют силы притяжения.

Какие из этих утверждений можно соотнести с моделью идеального газа?

а) все три утверждения;

б) только первое утверждение;

в) первое и второе утверждения;

г) первое и третье утверждения.

а) молекулы сталкиваются как упругие шарики;

б) размеры молекул пренебрежимо малы;

в) молекулы взаимодействуют с силами притяжения и отталкивания;

г) молекулы сталкиваются со стенками абсолютно упругими ударами.

а) при температурах, близких к абсолютному нулю;

б) при высоких давлениях.

Копирование материалов с сайта возможно только с разрешения
администрации портала и при наличие активной ссылки на источник.

ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ. ЗАКОНЫ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА

Важным термодинамическим состоянием системы является состояние равновесия. Это состояние обладает свойством не изменяться до тех пор, пока внешние условия остаются неизменными. Например, газ, заключенный в сосуд постоянного объема, находится в равновесии, когда его давление и температура повсюду постоянны, температура равна температуре окружающей среды, а внешние силы уравновешены силами внутреннего давления. Различные состояния равновесия отличаются числовыми значениями физических величин, называемых параметрами состояния, или термодинамическими параметрами.

Каждому состоянию соответствуют определенные значения абсолютного давления, температуры и удельного объема, не зависящие от количества вещества и поэтому называемые интенсивными параметрами. Зависящие от количества вещества свойства, такие как объем, называют экстенсивными.

Абсолютное давление р — сила, действующая на единицу площади по нормали к поверхности оболочки, в которой находится газ. Давление газа распределено равномерно по поверхности оболочки. Единица измерения давления в системе СИ 1 Н/м 2 называется паскаль (Па). Для больших давлений используется единица измерения давления 1 бар = 10 5 Па, или 1 МПа = 10 6 Па. В технике также используются следующие единицы измерения давления:

  • • 1 кгс /см 2 = 1 атм (техническая атмосфера);
  • • 1 мм рт. ст. (миллиметр ртутного столба);
  • • 1 мм вод. ст. (миллиметр водяного столба).

Соотношения между единицами измерения давления:

1 бар = 10 5 Па = 0,1 МПа = 1,02 кгс/см 2 = 750 мм рт. ст. =

= 1,02 • 10 4 мм вод. ст.

Давление газов выше атмосферного измеряется манометрами, ниже атмосферного — вакуумметрами. Эти приборы показывают разность между абсолютным давлением и атмосферным (барометрическим). Таким образом, манометры показывают избыточное (манометрическое) давление рмВ, а вакуумметры — разряжение (вакуум) рраз = В-p, гдер — абсолютное давление, В — барометрическое давление.

Удельный объем v — объем единицы массы вещества. В системе СИ единица измерения удельного объема — м 3 /кх, эта же единица в основном используется в технике.

Величина, обратная удельному объему, — плотность, р = 1/v, кг/м 3 .

Температура — некоторая статистическая величина, пропорциональная средней кинетической энергии движения молекул и атомов, называемого тепловым. Характеризует уровень нагретости тела. Для измерения температуры применяются различные приборы (термометры), принцип действия которых основан на законах изменения определенных свойств вещества при изменении температуры, например объема, электрического сопротивления и т.д. Для количественной характеристики температуры используются различные температурные шкалы. В науке и технике в основном применяются две шкалы: шкала Цельсия, точнее — близкая к ней международная стоградусная шкала, и термодинамическая шкала температуры — шкала Кельвина. При построении шкалы Цельсия за ноль градусов принято состояние точки плавления льда, за сто градусов — состояние точки кипения воды при нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст. =0,1013 МПа). Единица измерения температуры по шкале Цельсия — 1 °С (один градус Цельсия). Единица измерения температуры по термодинамической шкале — 1 К (один Кельвин). При определении величины 1 К используется то же правило, что и при определении величины 1 °С, т.е. разность между значениями температуры в точках кипения воды и плавления льда делится на сто, поэтому 1 К = 1 °С.

По шкале Кельвина ноль соответствует предельному состоянию, при котором отсутствует тепловое движение молекул и атомов и давление равно нулю. Точка плавления льда при нормальном атмосферном давлении соответствует температуре по шкале Кельвина 273,15 К. Значение температуры по шкале Кельвина называют абсолютной температурой и обозначают Т. Соотношение между температурой по шкале Цельсия t и абсолютной температурой имеет вид

Параметры состояния не могут устанавливаться произвольным образом, между ними существует зависимость, называемая уравнением состояния:

Из уравнения (1.1) следует, например, что для однородного газа произвольно заданным двум параметрам состояния соответствует единственное значение третьего параметра. Вид функции (1.1) зависит от состава и состояния вещества в системе.

В технической термодинамике для упрощения получения основных термодинамических соотношений в качестве рабочего тела принят идеальный газ. Молекулы такого газа представляют собой материальные точки с пренебрежимо малыми размерами; взаимодействие молекул ограничено упругими соударениями; силы взаимного притяжения и отталкивания исчезающе малы. Для идеального газа получены важные закономерности. Еще в XVII в. Робертом Бойлем и Эдмом Мариоттом установлено, что при постоянной температуре произведение давления газа на его объем остается постоянным:

Уравнение (1.2) получило название закона Бойля — Мариотта.

В 1802 г. Жозеф Луи Гей-Люссак установил зависимость между температурой и объемом газа при постоянном давлении:

которая получила название закона Гей-Люссака.

Соотношения (1.2) и (1.3) получены из опытов с реальными газами при условиях, близких к атмосферным. Впоследствии более точными измерениями было установлено, что эти зависимости не выполняются абсолютно строго.

В 1811 г. Амедео Авогадро выдвинул положение, что в равных объемах любых идеальных газов при одинаковых температурах и одинаковых давлениях заключено равное число молекул. Это положение называется законом Авогадро. Из закона Авогадро следует, что при одинаковых давлениях и температурах объемы молей всех идеальных газов равны. Так, объем одного моля идеального газа при нормальных физических условиях (р = 760 мм рт. ст. = 1,013 • 10 5 Па; t= 0 °С) равен 22,4 м 3 /кмоль.

В 1834 г. Бенуа Поль Эмиль Клапейрон получил уравнение состояния идеального газа в виде

где коэффициент пропорциональности В зависит от рода газа и его массы.

В 1874 г. Д.И. Менделеев, используя закон Авогадро, вывел уравнение состояния для одного моля идеального газа:

где Vц — объем одного моля; R — универсальная газовая постоянная.

Подстановкой в уравнение (1.5) значений параметров газа при нормальных физических условиях в системе СИ = 273,15 К;

= 22,4 м 3 /кмоль; р = 1,013 • 10 5 Па) определяется величина R = 8314 ДжДкмоль К). Соотношение (1.5) носит название уравнение Клапейрона — Менделеева. Оно обобщает законы Бойля — Мариотта, Гей-Люссака и Авогадро. Используются также и другие формы записи уравнения (1.5). Так, разделив выражение (1.5) на молекулярную массу р, имея в виду, что Г^/р = г, получаем для 1 кг газа

или

где R = 8314/р, Дж/(кг-К) — газовая постоянная, зависящая только от молекулярной массы газа.

Для некоторого количества газа массой G из уравнения (1.6) следует:

для одного моля газа ю

Читать еще:  Шевроле орландо технические характеристики

Уравнения состояния реальных газов рассмотрены в гл. 5.

Переход системы из одного состояния равновесия в другое в результате теплового и механического взаимодействия с окружающей средой называют термодинамическим процессом. Если рабочее тело, переходя из одного равновесного состояния в другое, последовательно проходит промежуточные равновесные состояния, то такой процесс называется равновесным. Равновесный процесс можно осуществить, если изменять внешние условия так медленно, чтобы система успевала постепенно приходить в равновесное состояние в соответствии с изменившимися условиями. Таким образом, равновесный процесс протекает в результате элементарно малых нарушений равновесия, а время его протекания стремится к бесконечности. Многие реальные процессы близки к равновесным. Их называют квазиравновесными.

Процессы могут происходить при постоянстве одного из параметров состояния. Процесс при р = const называется изобарным; при v = const — изохорным при Т = const — изотермическим.

Так как для газа состояние равновесия полностью определяется двумя независимыми параметрами, то для наглядности анализа можно использовать графическое изображение процессов в координатах , v), , Г) и (Г, у). Наибольшее применение имеет система координату, у. Например, переход из состояния 1 (рх; Vj) в состояние 2 (р2 у2) представляется на графике (рис. 1.1) кривой, являющейся геометрическим местом точек, соответствующих промежуточным состояниям, через которые последовательно проходит рабочее тело при переходе из состояния 1 в состояние 2.

Рис. 1.1. Термодинамический процесс

Термодинамика идеального газа

Любая система, поставленная и находящиеся в определенных внешних условиях, рано или поздно приходит в новое, термодинамическое состояние равновесия. Это научное утверждение можно рассматривать как один из главных постулатов статистической физики.

Рисунок 1. Термодинамические свойства газов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В понятие основных внешних условий входит задание положений координат внешних по отношению к концепции тел, определяющих частицы и их силы. Эти показатели внешних тел называются внешними параметрами идеального газа. В случае изотропной равномерной системы вместо показаний координат, внутри которых заключены все движущиеся элементы, в качестве внешней величины часто используется просто объем концепции. В определенных случаях, когда внешние физические тела создают протяженные поля (электрические, магнитные и гравитационные) в качестве величин выбираются напряженности самих полей.

Наряду с внешними показателями различают внутренние величины, характеризующие ключевые свойства самой системы.

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Например, давление на физическое тело, которое зависит от температуры и энергетического объема при отсутствии внешних полей. К числу внутренних параметров ученые относят уровень диссоциации молекулярного газа, зависящий от его плотности и объема. Другими словами, внутренние критерии идеальных газов вполне самостоятельны и не зависят от внешних параметров.

В состоянии термодинамического и прямолинейного равновесия системы ее величины имеют, при правильно заданных показателях и температуре (энергии), конкретные численные значения.

Термодинамические параметры и идеальный газ

Рисунок 2. Уравнение состояния идеального газа. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Идеальный газ – это особое вещество, при изучении свойств которого соблюдаются определенные условия взаимодействия элементарных частиц.

Задай вопрос специалистам и получи
ответ уже через 15 минут!

К таким условиям относят:

  • постоянное соударения молекул такого газа происходят, как удары упругих шаров, размеры которых ничтожно малы;
  • от столкновения до столкновения атомы движутся прямолинейно и равномерно;
  • не учитываются силы взаимодействия между молекулами.

Реальные газы при нахождении в помещение комнатной температуре и нормальном давлении будут вести себя как идеальные газы. Такими элементами системы могут водород, гелий, свойства которых уже при привычных условиях отвечают всем закономерностям идеального газа.

Состояние определенной массы идеального газа будет с точностью определяться значениями трех показателей: $P, V, T$. Эти физические величины, которые описывают состояние газа, называются параметрами макросостояния, закономерно связанные друг с другом, поэтому изменение одного элемента влечет за собой изменение другого.

Соотношение, дающее взаимосвязь между основными параметрами материального тела, называется в физике уравнением состояния. Следовательно, такое соотношение выступает в качестве главного уравнения состояния идеального газа. Основными процессами в термодинамике идеальных газов, важными в прикладном и теоретическом отношениях, являются:

  • изохорный — протекающий при постоянном и равномерном объеме;
  • изобарный- возникающий при стабильном давлении;
  • изотермический – функционирующий при постоянной температуре;
  • адиабатный — процесс, в котором отсутствует теплообмен с окружающей средой.

Методы исследования физических процессов, не зависящие от их характеристик, выполняют важную роль, вычисляя работу изменения общего объема газа и определяя количество возможной теплоты, подведенной к элементу в процессе. Также с помощью термодинамических способов возможно установить наличие внутренней энергии системы и изменить энтропию концепции.

Калорические параметры состояния идеального газа

Рисунок 3. Уравнение адиабаты для идеального газа. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

К калорическим основным параметрам состояния исследуемого физического элемента относятся следующие термодинамические величины:

  1. Энтропия. Согласно этому показателю теплота элементарной частицы не является функцией состояния, так как количество теплового процесса зависит от взаимодействия движущихся в системе элементов.
  2. Энтальпия. Данный критерий представляет собой сумму внутренней энергии материального тела и произведения давления на его объем. Удельная энтальпия может определять отношение вещества к собственной массе, следовательно, можно определить количество теплоты, участвующее в процессе
  3. Внутренняя энергия. Эта величина демонстрирует калорический параметр общего состояния, поэтому ее изменение не зависит от термодинамического процесса, а определяется исключительно начальными и конечными состояниями концепции.

При детальном исследовании указанных процессов возможно определить уравнение системы в координатах и связь между основными параметрами состояния идеального газа, измерение внутреннего энергетического потенциала, а также реальную величину внешней работы и количество поглощенной теплоты.

Теплоемкость идеальных газов

Рисунок 4. Теплоемкость идеального газа. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Экспериментально измеренные теплоемкости идеальных газов при обычных внешних условиях практически идеально согласуются с другими постулатами классической термодинамики. Однако, в целом классическая гипотеза теплоемкости данных веществ не может считаться вполне удовлетворительной и подходящей для всех систем. Существует много различных примеров весомых расхождений между экспериментом и теорией. Это обуславливается тем, что существующая теория не в состоянии в полной мере учесть энергию, непосредственно связанную с внутренними движениями в самой молекуле.

Гипотезу о равномерном и прямолинейном распределении тепловой энергии по степеням свободы возможно применить и к движению частиц в твердом теле. Атомы, которые входят в состав кристаллической решетки, совершают определенные колебания возле положений равновесия. Энергетический потенциал таких вибраций представляет собой внутреннюю силу физического вещества.

Опыт доказывает, что практически все идеальные газы имеют молярную теплоемкость, возникающую при обычных температурах.

Но, при нулевой температуре сразу появляются значительные расхождения между движущимися элементами. Следует отметить, что «количество теплоты» и «теплоемкость» — достаточно неудачные термины. Они достались современной науке в наследство от устаревших принципов теории теплорода, которая господствовала в начале XVIII столетия.

Эта гипотеза рассматривала теплоту и энергию идеальных газов как универсальное невесомое вещество, содержащееся во всех физических телах. Считалось, что такие параметры не могут быть ни созданы, ни уничтожены. Нагревание материальных веществ объяснялось увеличением, а охлаждение – уменьшением содержащегося внутри них теплорода. Однако теория теплорода не совсем состоятельна. Она не может описать, почему одинаковые изменения внутренней энергии тела возможно получить, передавая ему абсолютно разное количество теплоты в зависимости от совершаемой системой работы. Поэтому лишено физического смысла и само утверждение, что «в физическом теле содержится определенный запас теплоты».

Так и не нашли ответ
на свой вопрос?

Просто напиши с чем тебе
нужна помощь

Источники:

http://lektsia.com/6xcac5.html
http://studfile.net/preview/2672486/page:10/
http://studopedia.ru/4_109195_idealniy-gaz-parametri-sostoyaniya-idealnogo-gaza.html
http://ru.solverbook.com/spravochnik/molekulyarnaya-fizika-i-termodinamika/idealnyj-gaz-parametry-sostoyaniya-gaza/
http://studref.com/363036/agropromyshlennost/parametry_sostoyaniya_zakony_idealnogo_gaza
http://spravochnick.ru/fizika/termodinamika/termodinamika_idealnogo_gaza/

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector