Уравнение идеального газа как найти массу

Содержание
  1. Уравнение состояния идеального газа
  2. теория по физике 🧲 молекулярная физика, МКТ, газовые законы
  3. Как рассчитать массу воздуха в комнате с помощью простой формулы
  4. Содержание:
  5. Краткое теоретическое обоснование
  6. Что такое идеальный газ
  7. Как найти массу воздуха в комнате. Пример решения задачи
  8. Уравнение состояния идеального газа
  9. Уравнение состояния идеального газа
  10. Термодинамические параметры газа
  11. Объединенный газовый закон. Приведение объема газа к нормальным условиям
  12. Молярная газовая постоянная. Определение числового значения постоянной Больцмана
  13. Уравнение Клапейрона — Менделеева. Плотность газа
  14. Зависимость средней квадратичной скорости молекул газа от температуры
  15. Изохорический процесс
  16. Изобарический- процесс
  17. Изотермический процесс
  18. Внутренняя энергия идеального газа
  19. Работа газа при изменении его объема
  20. 💡 Видео

Видео:Уравнение состояния идеального газа. 10 класс.Скачать

Уравнение состояния идеального газа. 10 класс.

Уравнение состояния идеального газа

теория по физике 🧲 молекулярная физика, МКТ, газовые законы

Уравнение состояния идеального газа было открыто экспериментально. Оно носит название уравнения Клапейрона — Менделеева. Это уравнение устанавливает математическую зависимость между параметрами идеального газа, находящегося в одном состоянии. Математически его можно записать следующими способами:

Уравнение состояния идеального газа

Уравнение идеального газа как найти массу

Внимание! При решении задач важно все единицы измерения переводить в СИ.

Пример №1. Кислород находится в сосуде вместимостью 0,4 м 3 под давлением 8,3∙10 5 Па и при температуре 320 К. Чему равна масса кислорода? Молярная масса кислорода равна 0,032 кг/моль.

Из основного уравнения состояния идеального газа выразим массу:

Уравнение идеального газа как найти массу

Уравнение состояния идеального газа следует использовать, если газ переходит из одного состояния в другое и при этом изменяется его масса (количество вещества, число молекул) или молярная масса. В этом случае необходимо составить уравнение Клапейрона — Менделеева отдельно для каждого состояния. Решая систему уравнений, легко найти недостающий параметр.

Подсказки к задачам

Важна только та масса, что осталась в сосуде. Поэтому:

Давление возросло на 15%p2 = 1,15p1
Объем увеличился на 2%V2 = 1,02V1
Масса увеличилась в 3 разаm2 = 3m1
Газ нагрелся до 25 о СT2 = 25 + 273 = 298 (К)
Температура уменьшилась на 15 К (15 о С)T2 = T1 – 15
Температура уменьшилась в 2 разаУравнение идеального газа как найти массу
Масса уменьшилась на 20%m2 = 0,8m1
Выпущено 0,7 начальной массы
Какую массу следует удалить из баллона?Нужно найти разность начальной и конечной массы:

Газ потерял половину молекулУравнение идеального газа как найти массу
Молекулы двухатомного газа (например, водорода), диссоциируют на атомыУравнение идеального газа как найти массу
Озон (трехатомный кислород) при нагревании превращается в кислород (двухатомный газ)M (O3) = 3Ar (O)∙10 –3 кг/моль M (O2) = 2Ar (O)∙10 –3 кг/моль
Открытый сосудОбъем V и атмосферное давление pатм остаются постоянными
Закрытый сосудМасса m, молярная масса M, количество вещества ν, объем V, число N и концентрация n частиц, плотность ρ— постоянные величины
Нормальные условияТемпература T0 = 273 К Давление p0 = 10 5 Па
Единицы измерения давления1 атм = 10 5 Па

Пример №2. В баллоне содержится газ под давлением 2,8 МПа при температуре 280 К. Удалив половину молекул, баллон перенесли в помещение с другой температурой. Определите конечную температуру газа, если давление уменьшилось до 1,5 МПа.

2,8 МПа = 2,8∙10 6 Па

1,5 МПа = 1,5∙10 6 Па

Так как половина молекул была выпущена, m2 = 0,5m1. Объем остается постоянным, как и молярная масса. Учитывая это, запишем уравнение состояния идеального газа для начального и конечного случая:

Уравнение идеального газа как найти массу

Преобразим уравнения и получим:

Уравнение идеального газа как найти массу

Приравняем правые части и выразим искомую величину:

Уравнение идеального газа как найти массу

Уравнение идеального газа как найти массуНа графике представлена зависимость объёма постоянного количества молей одноатомного идеального газа от средней кинетической энергии теплового движения молекул газа. Опишите, как изменяются температура и давление газа в процессах 1−2 и 2−3. Укажите, какие закономерности Вы использовали для объяснения.

Алгоритм решения

Решение

График построен в координатах (V;Ek). Процесс 1–2 представляет собой прямую линию, исходящую из начала координат. Это значит, что при увеличении объема растет средняя кинетическая энергия молекул. Но из основного уравнения МКТ идеального газа следует, что мерой кинетической энергии молекул является температура:

Следовательно, когда кинетическая энергия молекул растет, температура тоже растет.

Запишем уравнение Менделеева — Клапейрона:

Так как количество вещества одинаковое для обоих состояния 1 и 2, запишем:

ν R = p 1 V 1 T 1 . . = p 2 V 2 T 2 . .

Мы уже выяснили, что объем и температура увеличиваются пропорционально. Следовательно, давление в состояниях 1 и 2 равны. Поэтому процесс 1–2 является изобарным, давление во время него не меняется.

Процесс 2–3 имеет график в виде прямой линии, перпендикулярной кинетической энергии. Так как температуры прямо пропорциональна кинетической энергии, она остается постоянной вместе с этой энергией. Следовательно, процесс 2–3 является изотермическим, температура во время него не меняется. Мы видим, что объем при этом процессе уменьшается. Но так как объем и давление — обратно пропорциональные величины, то давление на участке 2–3 увеличивается.

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

На высоте 200 км давление воздуха составляет примерно 10 –9 от нормального атмосферного давления, а температура воздуха Т – примерно 1200 К. Оцените плотность воздуха на этой высоте.

Видео:Урок 147. Задачи на основное уравнение МКТ идеального газаСкачать

Урок 147. Задачи на основное уравнение МКТ идеального газа

Как рассчитать массу воздуха в комнате с помощью простой формулы

Содержание:

Для того чтобы выполнить такое задание, необходимо вспомнить молекулярно-кинетическую теорию и уравнение состояния идеального газа, которое больше известно как уравнение Менделеева – Клапейрона. В некоторых источниках из всемирной сети можно встретить упрощенные способы решения такой задачи. Но они обычно не учитывают некоторые физические свойства воздушной массы, которая заполняет соответствующий объем.

Видео:ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ ПО ХИМИИ: Химическое Количество Вещества, Моль, Молярная Масса и Молярный ОбъемСкачать

ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ ПО ХИМИИ: Химическое Количество Вещества, Моль, Молярная Масса и Молярный Объем

Краткое теоретическое обоснование

Поскольку изучаемый предмет – это физика, то будем оперировать чисто физическими законами. Воздух представляет собой смесь различных газов. Как следует из теории термодинамики, состояние любого газа можно описать, используя три физических параметра:

Эти параметры всегда неразрывно связаны таким образом, что каждый отдельно взятый из них определенным образом зависит от оставшихся двух. Это функциональная зависимость, которая может быть записана в виде:

Французским ученым Б. Клапейроном была установлена закономерность, которая применима к любому идеальному газу:

Знаменитый русский исследователь Д.И. Менделеев применил к вышеприведенному уравнению хорошо известный закон Авогадро и получил уравнение, которое впоследствии стало носить имя Менделеева – Клапейрона:

pV = frac RT, где

  • m – масса газа,
  • М – молярная масса газа,
  • R – константа, которую называют универсальной газовой постоянной,

R = 8,31 Дж/моль ∙ К.

Используя уравнение состояния идеального газа, можно решать несколько типов задач по термодинамике:

  • находить один из параметров, если известны два других, характеризующих идеальный газ;
  • устанавливать функциональные зависимости между тремя параметрами;
  • определять состояние системы во время совершения работы и таким образом исследовать тепловые процессы.

Видео:Уравнение состояния идеального газа | Физика 10 класс #33 | ИнфоурокСкачать

Уравнение состояния идеального газа | Физика 10 класс #33 | Инфоурок

Что такое идеальный газ

В предыдущем разделе мы не раз упомянули термин «идеальный газ». Поэтому немного расскажем о том, что это такое. Идеальным считается газ, если для него выполняются следующие предположения.

  • Молекулы газа не вступают во взаимодействие между собой, то есть между ними не отмечаются взаимные столкновения. Последние возможны только со стенками сосуда, который заполнен данным газом.
  • Между молекулами отсутствует любое взаимодействие на расстоянии, а столкновение со стенками сосуда носит упругий характер.

Таким образом идеальным газом можно считать некую теоретическую модель, которая принята для изучения термодинамики в физике. Окружающий нас атмосферный воздух по своим физическим характеристикам вполне может считаться идеальным газом.

Видео:Урок 156. Уравнение состояния идеального газа. Квазистатические процессыСкачать

Урок 156. Уравнение состояния идеального газа. Квазистатические процессы

Как найти массу воздуха в комнате. Пример решения задачи

Комната имеет размеры 3,5 на 5 м, высотой 3,2 м. Необходимо определить массу воздуха, который ее заполняет при температуре 18°С и атмосферном давлении 745 мм рт. столба.

Для начала переведем все известные из условия физические величины в единицы системы СИ.

Атмосферное давление 745 мм рт. ст. = 99 325 Па.

Температуру переводим в градусы Кельвина Т = 273,15 + 18 = 291,15 К.

Определим объем помещения, который будет равный V = 3,5 ∙ 5 ∙ 3,2 = 56 м 3 .

Молярную массу воздуха принимаем М = 0,029 кг/моль.

Формула массы воздуха в комнате может быть получена из уравнения состояния идеального газа:

Подставляя в него все известные нам физические величины, получим:

m = (99325∙56∙0,029) : (8,31∙291,15) = 66,7

Ответ. Масса воздуха, который заполняет комнату, составляет 66,7 кг.

Видео:Молярная масса. 8 класс.Скачать

Молярная масса. 8 класс.

Уравнение состояния идеального газа

Содержание:

Уравнение состояния идеального газа получило название «уравнение Менделеева-Клапейрона». Давление смеси химически невзаимодействующих газов равно сумме их парциальных давлений: закон Дальтона.

На странице -> решение задач по физике собраны решения задач и заданий с решёнными примерами по всем темам физики.

Видео:Физика 10 класс (Урок№20 - Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы.)Скачать

Физика 10 класс (Урок№20 - Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы.)

Уравнение состояния идеального газа

Уравнение состояния идеального газа — это p = nkT называется уравнением Менделеева Клапейрона и оно даёт взаимосвязь трёх важнейших макроскопических параметров, описывающих состояние идеального газа давления, объёма и температуры. Поэтому уравнение Менделеева Клапейрона называется ещё уравнением состояния идеального газа.

Термодинамические параметры газа

В предыдущих главах было показано, что при описании свойств газа можно пользоваться величинами, характеризующими молекулярный мир (микромир), например энергией молекулы, скоростью ее движения, массой и т. п. Числовые значения таких величин мы можем определять только с помощью расчета. Все такие величины принято называть микроскопическими (от греческого «микрос» — малый).

Однако для описания свойств газов можно пользоваться и такими величинами, числовые значения которых находят простым измерением с помощью приборов, например давлением, температурой и объемом газа. Значения таких величин определяются совместным действием огромного числа молекул, поэтому они называются макроскопическими (от греческого «макрос» — большой).

Соотношение (4.1): Уравнение идеального газа как найти массуустанавливает связь между микроскопическими и макроскопическими величинами для газов. Поэтому формулу (4.1) называют основным уравнением молекулярно-кинетической теории газов. Макроскопические величины, однозначно характеризующие состояние газа, называют термодинамическими параметрами газа. Важнейшими термодинамическими параметрами газа являются его объем V, давление р и температура Т.

Если взять определенную массу газа т, то при постоянных р, V и Т газ будет находиться в равновесном состоянии. Когда происходят изменения этих параметров, то в газе протекает тот или иной процесс. Если этот процесс состоит из ряда непрерывно следующих друг за другом равновесных состояний газа, то он называется равновесным процессом. Равновесный процесс должен протекать достаточно медленно, так как при быстром изменении параметров давление и температура не могут иметь соответственно одинаковые значения во всем объеме газа. В этой главе рассматриваются только равновесные процессы в газах, при которых масса газа остается постоянной.

Когда процесс в газе заканчивается, то газ переходит в новое состояние, а его параметры приобретают новые постоянные числовые значения, вообще говоря, отличные от их значений в начале процесса. Если же при постоянной массе газа значения всех его параметров в начале и в конце процесса окажутся одинаковыми, то процесс называется круговым или замкнутым.

Соотношение между значениями тех или иных параметров в начале и конце процесса называется газовым законом. Газовый закон, выражающий связь между всеми тремя параметрами газа, называется объединенным газовым законом.

Отметим еще, что такого процесса в газе, при котором изменялся бы только один параметр газа, не существует, так как значения этих параметров взаимосвязаны. Примером сказанного является закон Шарля, выражающий связь между р и Т.

Объединенный газовый закон. Приведение объема газа к нормальным условиям

Связь между давлением, объемом и температурой определенной массы газа устанавливается с помощью соотношения (4.9):

Уравнение идеального газа как найти массу

Поскольку Уравнение идеального газа как найти массуобозначает число молекул в единице объема газа, то Уравнение идеального газа как найти массу, где N — общее число молекул, V — объем газа. Тогда получим

Уравнение идеального газа как найти массу

Так как при постоянной массе газа N остается неизменным, Уравнение идеального газа как найти массу— постоянное число, т. е.

Уравнение идеального газа как найти массу

Поскольку значения р, V и Т в (5.2) относятся к одному и тому же состоянию газа, можно следующим образом сформулировать объединенный газовый закон: при постоянной массе газа произведение объема на давление, деленное на абсолютную температуру газа, есть величина одинаковая для всех состояний этой массы газа.

Следовательно, если числовые значения параметров в начале процесса, происходящего с какой-либо определенной массой газа, обозначить через р1 , V1 и Т1, а их значения в конце процесса соответственно через р2 , V2 и Т2, то

Уравнение идеального газа как найти массу

Формулы (5.2) и (5.3) представляют собой математическое выражение объединенного газового закона.

На практике иногда нужно установить, какой объем V0 займет имеющаяся масса газа при нормальных условиях, т. е. при Т0=273 К и при р0=1,013 . 10 5 Па. Если значения параметров для этой массы газа в каком-либо произвольном состоянии, отличном от нормального, обозначить через р, V и Т, то на основании (5.3) получаем Уравнение идеального газа как найти массу, или

Уравнение идеального газа как найти массу

Формула (5.4) позволяет приводить объем заданной массы газа к нормальным условиям.

Молярная газовая постоянная. Определение числового значения постоянной Больцмана

Формула (5.1) справедлива для любой массы газа, в которой содержится N молекул. Если применить эту формулу к одному молю какого-либо газа, то N нужно заменить постоянной Авогадро NA, а V — объемом одного моля Vмоль

Уравнение идеального газа как найти массу

Так как в одном моле любого газа содержится одно и то же число молекул NA, то произведение Уравнение идеального газа как найти массуимеет одинаковое значение для всех газов, т. е. не зависит от природы газа. Произведение Уравнение идеального газа как найти массу обозначается R и называется молярной газовой постоянной. Таким образом,

Уравнение идеального газа как найти массу

Уравнение идеального газа как найти массу

Числовое значение R можно найти, если применить (5.5) к состоянию одного моля газа при нормальных условиях, так как при этом Уравнение идеального газа как найти массум 3 /моль (§ 3.6). Действительно,

Уравнение идеального газа как найти массу

Уравнение идеального газа как найти массу

Это числовое значение R в СИ необходимо запомнить, так как им часто пользуются при расчетах и при решении задач.

Теперь легко найти числовое значение постоянной Больнмана Уравнение идеального газа как найти массу. Из (5.6) получаем Уравнение идеального газа как найти массу. Подставляя сюда числовые значения R и Уравнение идеального газа как найти массу, вычисляем Уравнение идеального газа как найти массу:

Уравнение идеального газа как найти массу

Уравнение Клапейрона — Менделеева. Плотность газа

Выясним, как будет выглядеть соотношение (5.1), если в него ввести молярную газовую постоянную R. Так как N — полное число молекул в массе газа т, а Уравнение идеального газа как найти массу— число молекул в одном моле, то

Уравнение идеального газа как найти массу

где Уравнение идеального газа как найти массу— число молей в массе газа /т. Поэтому

Уравнение идеального газа как найти массу

Поскольку Уравнение идеального газа как найти массу, а Уравнение идеального газа как найти массуравно массе газа т, деленной на массу одного моля газа Уравнение идеального газа как найти массу, то получаем

Уравнение идеального газа как найти массу

Соотношение (5.7) называется уравнением Клапейрона — Менделеева или уравнением состояния для произвольной массы идеального газа. Для одного моля идеального газа уравнение Клапейрона — Менделеева принимает вид

Уравнение идеального газа как найти массу

С помощью формулы (5.7) легко выяснить, какими величинами определяется плотность газа. Так как Уравнение идеального газа как найти массу, то из (5.7) имеем

Уравнение идеального газа как найти массу

Зависимость средней квадратичной скорости молекул газа от температуры

Выясним теперь, как можно с помощью вычислений находить среднюю квадратичную скорость движения молекул газа Уравнение идеального газа как найти массу. Поскольку средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул газа Уравнение идеального газа как найти массуравна (3/2) Уравнение идеального газа как найти массу, то можно написать Уравнение идеального газа как найти массу, откуда

Уравнение идеального газа как найти массу

Отметим, что под т в формуле (5.10) подразумевается масса одной молекулы в кг. Так как Уравнение идеального газа как найти массу, получим Уравнение идеального газа как найти массу. Поскольку Уравнение идеального газа как найти массуа есть масса одного моля газа Уравнение идеального газа как найти массу(§ 3.6), имеем

Уравнение идеального газа как найти массу

Наконец, из (5.9) следует, что Уравнение идеального газа как найти массу, поэтому

Уравнение идеального газа как найти массу

Среднюю квадратичную скорость можно находить по любой из формул (5.10)—(5.12). Из функции Максвелла можно получить формулы для средней арифметической скорости и наивероятнейшей скорости. Средняя арифметическая скорость

Уравнение идеального газа как найти массу

Наконец, наивероятнейшую скорость вычисляют так:

Уравнение идеального газа как найти массу

(Используя график функции Максвелла (рис. 3.3), поясните, почему Уравнение идеального газа как найти массуменьше Уравнение идеального газа как найти массу, а Уравнение идеального газа как найти массуменьше Уравнение идеального газа как найти массу

Изохорический процесс

Процессы, при которых масса газа и один из его параметров остаются постоянными, называются изопроцессами (от греческого «изос» — равный, одинаковый). Поскольку имеется три параметра газа, существует три различных изопроцесса. Первый из них (изохорический) рассмотрен выше (§ 4.3). Процесс в газе, который происходит при постоянной массе и неизменном объеме, называется изохорическим (от греческого «хора» — пространство). Графики для этого процесса называются изохорами (рис. 4.3).

Отметим, что к любому изопроцессу применим объединенный газовый закон и формулы (5.3), (5.7) и (5.8) с учетом того, что один из параметров остается постоянным. При изохорическом процессе постоянным остается объем V, поэтому формула (5.3) после сокращения на V принимает вид

Уравнение идеального газа как найти массу

Итак, изохорический процесс подчиняется закону Шарля: при постоянной-массе газа и неизменном объеме давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре. Это видно и из уравнения Клапейрона — Менделеева (5.7):

Уравнение идеального газа как найти массу

Так как V, т, Уравнение идеального газа как найти массуи R остаются постоянными, то из (5.7) следует, что р пропорционально Т. Отметим, что закон Шарля можно формулировать и так, как это было сделано в § 4.3.

Изобарический- процесс

Процесс в газе, который происходит при постоянной массе и неизменном давлении, называется изобарическим (от греческого «барос» — тяжесть). Этот процесс был изучен французским физиком Л. Гей-Люссаком в 1802 г.

Поскольку при изобарическом процессе р постоянно, то после сокращения на р формула (5.3) принимает вид

Уравнение идеального газа как найти массу

Формула (5.16) является математическим выражением закона Гей-Люссака: при постоянной массе газа и неизменном давлении объем газа прямо пропорционален его абсолютной температуре. (Это видно и из уравнения Клапейрона — Менделеева (5.7): так как р, т, Уравнение идеального газа как найти массуи R постоянны, то объем V пропорционален Т.)

На рис. 5.1 схематически изображен опыт Гей-Люссака. Колба с газом помещается в сосуд с водой и льдом.

Уравнение идеального газа как найти массу

В пробку вставлена трубка, изогнутая таким образом, что свободный конец ее горизонтален. Газ в колбе отделен от окружающего воздуха небольшим столбиком ртути в трубке. Температуру газа определяют по термометру, а объем — по положению столбика ртути. Для этого на трубке нанесены деления, соответствующие определенному внутреннему объему трубки (при градуировке трубки можно учесть и расширение сосуда при нагревании, но оно сравнительно мало’).

Сначала по положению столбика ртути 1 определяют Уравнение идеального газа как найти массу— объем газа при 0°С. Затем газ нагревают (столбик ртути перемещается в положение 2), в процессе нагревания записывают значения объема и температуры и строят график, который называется изобарой.

Оказывается, что изобара представляет собой прямую линию (рис. 5.2, а), которая пересекается с осью абсцисс в точке А.

Из подобия треугольников на рис. 5.2, а следует

Уравнение идеального газа как найти массу

Обозначив Уравнение идеального газа как найти массучерез Уравнение идеального газа как найти массу, получим

Уравнение идеального газа как найти массу

Здесь Уравнение идеального газа как найти массукоэффициент объемного расширения газа (гл. 13).

Если повторять этот опыт для разных газов или для разных масс газа, то все графики будут пересекаться в точке А, соответствующей t=—273°С (рис. 5.2, б), т. е. коэффициент Уравнение идеального газа как найти массуодинаков для всех газов. Это означает, что расширение газа при изобарическом процессе не зависит от его природы.

Отметим, что для газов коэффициенты Уравнение идеального газа как найти массуи Уравнение идеального газа как найти массув формулах (4.2а) и (5.17) численно одинаковы, поэтому обычно пользуются одним Уравнение идеального газа как найти массу.

Изотермический процесс

Процесс в газе, который происходит при постоянной температуре, называется изотермическим.

Изотермический процесс в газе был изучен английским ученым Р. Бойлем и французским ученым Э. Мариоттом. Установленная ими опытным путем связь получается непосредственно из формулы (5.3) после сокращения на Т:

Уравнение идеального газа как найти массу

Формула (5.18) является математическим выражением закона Бойля — Мариотта: при постоянной массе газа и неизменной температуре давление газа обратно пропорционально его объему. Иначе говоря, в этих условиях произведение объема газа на соответствующее давление есть величина постоянная:
Уравнение идеального газа как найти массу
Соотношение (5.19) можно получить и из (5.7) или (5.8), так как при постоянном Г справа в формулах (5.7) и (5.8) стоит постоянная величина. График зависимости р от V при изотермическом процессе в газе представляет собой гиперболу и называется изотермой. На рис. 5.3 изображены три изотермы для одной и той же массы газа, но при разных температурах Т.

Уравнение идеального газа как найти массу

Отметим еще, что из формулы (5.9) непосредственно вытекает, что при изотермическом процессе плотность газа изменяется прямо пропорционально давлению:

Уравнение идеального газа как найти массу

(Подумайте, как проверить закон Бойля — Мариотта на опыте.)

Внутренняя энергия идеального газа

Как отмечалось, силы взаимодействия молекул в идеальном газе отсутствуют. Это означает, что молекулярно-потенциальной энергии у идеального газа нет. Кроме того, атомы идеального газа представляют собой материальные точки, т. е. не имеют внутренней структуры, а значит, не имеют и энергии, связанной с движением и взаимодействием частиц внутри атома. Таким образом, внутренняя энергия идеального газа представляет собой только сумму знамений кинетической энергии хаотического движения всех его молекул:

Уравнение идеального газа как найти массу

Поскольку у материальной точки вращательного движения быть не может, то у одноатомных газов (молекула состоит из одного атома) молекулы обладают только поступательным движением. Так как среднее значение энергии поступательного движения молекул определяется соотношением(4.8): Уравнение идеального газа как найти массу, то внутренняя энергия одного моля одноатомного идеального газа выразится формулой Уравнение идеального газа как найти массу, где Уравнение идеального газа как найти массу— постоянная Авогадро. Если учесть, что Уравнение идеального газа как найти массу, то получим:

Уравнение идеального газа как найти массу

Для произвольной массы одноатомного идеального газа имеем

Уравнение идеального газа как найти массу

Если молекула газа состоит из двух жестко связанных атомов (двухатомный газ), то молекулы при хаотическом движении приобретают еще и вращательное движение, которое происходит вокруг двух взаимно перпендикулярных осей. Поэтому при одинаковой температуре внутренняя энергия двухатомного газа больше, чем одноатомного, и выражается формулой

Уравнение идеального газа как найти массу

Наконец, внутренняя энергия многоатомного газа (молекула содержит три или больше атомов) в два раза больше, чем у одно-атомного при той же температуре:

Уравнение идеального газа как найти массу

поскольку вращение молекулы вокруг трех взаимно перпендикулярных осей вносит в энергию теплового движения такой же вклад, как поступательное движение молекулы по трем взаимно перпендикулярным направлениям.

Отметим, что формулы (5.23) и (5.24) теряют силу для реальных газов при высоких температурах, так как при этом в молекулах возникают еще колебания атомов, что ведет к увеличению внутренней энергии газа. (Почему это не относится к формуле (5.22)?)

Работа газа при изменении его объема

Физический смысл молярной газовой постоянной. Опыт показывает, что сжатый газ в процессе своего расширения может выполнять работу. Приборы и агрегаты, действия которых основаны на этом свойстве газа, называют пневматическими. На этом принципе действуют пневматические молотки, механизмы для закрывания и открывания дверей на транспорте и т. д.

Представим себе цилиндр с подвижным поршнем, заполненный газом (рис. 5.4).

Уравнение идеального газа как найти массу

Пока давление газа внутри цилиндра и окружающего наружного воздуха одинаковы, поршень неподвижен. Пусть при этом температура газа и окружающей среды равна Уравнение идеального газа как найти массуа давление равно р.

Будем теперь медленно нагревать газ в цилиндре до температуры Уравнение идеального газа как найти массу. Газ при этом начинает изобарически расширяться (внешнее давление р остается постоянным), и поршень переместится из положения 1 в положение 2 на расстояние Уравнение идеального газа как найти массу. При этом газ совершит работу против внешней силы. Сила F, совершающая эту работу, будет равна рS, где S — площадь сечения цилиндра. Из механики известно, что работа выражается формулой Уравнение идеального газа как найти массу, или Уравнение идеального газа как найти массу. Так как Уравнение идеального газа как найти массуесть приращение объема газа в процессе его изобарического нагревания от Уравнение идеального газа как найти массудо Уравнение идеального газа как найти массу, имеем

Уравнение идеального газа как найти массу

Нетрудно сообразить, что при изохорическом процессе работа газа равна нулю, так как никакого изменения объема, занятого газом, в этом случае не происходит. Вообще следует помнить, что газ выполняет работу только в процессе изменения своего объема, т. е. при Уравнение идеального газа как найти массу. Отметим, что при расширении газа Уравнение идеального газа как найти массуработа газа положительна; при сжатии газа Уравнение идеального газа как найти массуположительную работу выполняют внешние силы, а работа газа в этом случае отрицательна.

Выясним, как можно определить работу газа по графику зависимости р от V в том или ином газовом процессе. При изобарическом процессе график зависимости р от V представляет собой прямую линию, параллельную оси абсцисс, так как р постоянно. Из рис. 5.5 видно, что работа газа в этом случае численно равна заштрихованной площади.

Выясним, как найти работу газа при изотермическом процессе. На рис. 5.6 изображена изотерма идеального газа. При таком процессе газ выполняет работу, так как Уравнение идеального газа как найти массув этом случае отлично от нуля. Формулу (5.25) здесь применять нельзя, так как она верна при постоянном давлении р, а в изотермической процессе р изменяется. Однако можно взять такое малое приращение объема Уравнение идеального газа как найти массу, при котором изменением давления можно пренебречь. Тогда приближенно можно считать, что при увеличении объема газа на Уравнение идеального газа как найти массудавление остается постоянным. Работу Уравнение идеального газа как найти массупри этом можно вычислять по формуле Уравнение идеального газа как найти массу. На рис. 5.6 она выражается заштрихованной площадью.

Разбивая интервал Уравнение идеального газа как найти массуна множество интервалов Уравнение идеального газа как найти массу, настолько малых, что работу на каждом из них можно вычислять по формуле Уравнение идеального газа как найти массу, полную работу газа найдем как сумму элементарных работ Уравнение идеального газа как найти массу. Это означает, что работа газа будет равна сумме площадей, подобных заштрихованной площади на рис. 5.6. Следовательно, работа газа при изотермическом процессе выражается площадью, ограниченной двумя ординатами Уравнение идеального газа как найти массуи Уравнение идеального газа как найти массу, отрезком оси абсцисс и графиком зависимости р от V.

Уравнение идеального газа как найти массу

Можно строго доказать, что работа газа при любом процессе выражается площадью, ограниченной двумя ординатами, отрезком оси абсцисс и графиком того процесса в координатах V и р.

Выясним теперь физический смысл молярной газовой постоянной R. Применяя формулу (5.25) к одному молю идеального газа, получим

Уравнение идеального газа как найти массу

Но из уравнения Клапейрона — Менделеева (5.8) для одного моля можно записать для двух состояний газа:

Уравнение идеального газа как найти массу

Уравнение идеального газа как найти массу

Подставляя это выражение в (5.26), будем иметь Уравнение идеального газа как найти массу, или

Уравнение идеального газа как найти массу

Из (5.27) следует, что молярная газовая постоянная численно равна работе, совершаемой одним молем идеального газа при его изобарическом нагревании на один кельвин.

Из соотношения Уравнение идеального газа как найти массувидно, что постоянная Больцмана показывает, сколько работы в среднем приходится на одну молекулу идеального газа при изобарическом нагревании на один кельвин.

Услуги по физике:

Лекции по физике:

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔ Уравнение идеального газа как найти массуУравнение идеального газа как найти массу

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Сайт предназначен для облегчения образовательного путешествия студентам очникам и заочникам по вопросам обучения . Наталья Брильёнова не предлагает и не оказывает товары и услуги.

💡 Видео

МОЛЯРНАЯ МАССА ХИМИЯ // Урок Химии 8 класс: Относительная Молекулярная МассаСкачать

МОЛЯРНАЯ МАССА ХИМИЯ // Урок Химии 8 класс: Относительная Молекулярная Масса

Решение графических задач на тему Газовые законыСкачать

Решение графических задач на тему Газовые законы

Как Решать Задачи по Химии // Задачи с Уравнением Химической Реакции // Подготовка к ЕГЭ по ХимииСкачать

Как Решать Задачи по Химии // Задачи с Уравнением Химической Реакции // Подготовка к ЕГЭ по Химии

Урок 145. Идеальный газ. Основное ур-ние МКТ ид. газа - 1Скачать

Урок 145. Идеальный газ. Основное ур-ние МКТ ид. газа - 1

Задачи на уравнение Менделеева-Клапейрона. Ч.1. Краткая теория + решение задачиСкачать

Задачи на уравнение Менделеева-Клапейрона. Ч.1. Краткая теория + решение задачи

Расчеты по уравнениям химических реакций. 1 часть. 8 класс.Скачать

Расчеты по уравнениям химических реакций. 1 часть. 8 класс.

Уравнение состояния идеального газа. Практическая часть. 10 класс.Скачать

Уравнение состояния идеального газа. Практическая часть. 10 класс.

Урок 141. Количество вещества. Молярная масса. Оценка размеров молекулСкачать

Урок 141. Количество вещества. Молярная масса. Оценка размеров молекул

Как за 4 МИНУТЫ выучить Химию? Химическое Количество, Моль и Закон АвогадроСкачать

Как за 4 МИНУТЫ выучить Химию? Химическое Количество, Моль и Закон Авогадро

Закон Авогадро. Молярный объем. 8 класс.Скачать

Закон Авогадро. Молярный объем. 8 класс.

Количество вещества. Моль. Число Авогадро. 8 класс.Скачать

Количество вещества. Моль. Число Авогадро. 8 класс.
Поделиться или сохранить к себе: