İdeal qazın ümumi vəziyyəti tənliyi. İdeal qazın universal vəziyyəti tənliyi

« Fizika - 10-cu sinif"

Bu fəsildə temperatur anlayışından və digər makroskopik parametrlərdən çıxarıla bilən nəticələr müzakirə olunacaq. Qazların molekulyar kinetik nəzəriyyəsinin əsas tənliyi bizi bu parametrlər arasında əlaqə yaratmağa çox yaxınlaşdırdı.

İdeal qazın davranışını molekulyar kinetik nəzəriyyə baxımından ətraflı araşdırdıq. Qaz təzyiqinin onun molekullarının konsentrasiyasından və temperaturundan asılılığı müəyyən edilmişdir (bax düstur (9.17)).

Bu asılılığa əsaslanaraq verilmiş kütlənin ideal qazının vəziyyətini xarakterizə edən hər üç makroskopik p, V və T parametrlərini birləşdirən tənlik əldə etmək olar.

Formula (9.17) yalnız 10 atm təzyiqə qədər istifadə edilə bilər.

Üç makroskopik parametrə aid olan tənlik p, V və T adlanır ideal qaz vəziyyəti tənliyi.

Qaz molekullarının konsentrasiyası ifadəsini p = nkT tənliyinə əvəz edək. Formula (8.8) nəzərə alınmaqla, qazın konsentrasiyası aşağıdakı kimi yazıla bilər:

burada N A Avoqadro sabiti, m qazın kütləsi, M onun molyar kütləsidir. (10.1) düsturu (9.17) ifadəsində əvəz etdikdən sonra əldə edəcəyik

Boltsman sabiti k və Avoqadro sabiti N A hasilinə universal (molyar) qaz sabiti deyilir və R hərfi ilə işarələnir:

R = kN A = 1,38 10 -23 J/K 6,02 10 23 1/mol = 8,31 J/(mol K). (10.3)

Universal qaz sabitini R kN A əvəzinə (10.2) tənliyində əvəz edərək, ixtiyari kütləli ideal qazın vəziyyət tənliyini alırıq.

Bu tənlikdə qazın növündən asılı olan yeganə kəmiyyət onun molar kütləsidir.

Vəziyyət tənliyi istənilən iki vəziyyətdə ola bilən ideal qazın təzyiqi, həcmi və temperaturu arasında əlaqəni nəzərdə tutur.

Əgər 1-ci indeks birinci vəziyyətə aid parametrləri, 2-ci indeks isə ikinci vəziyyətə aid parametrləri ifadə edirsə, o zaman verilmiş kütləli qaz üçün (10.4) tənliyinə uyğun olaraq

Bu tənliklərin sağ tərəfləri eynidir, ona görə də sol tərəfləri də bərabər olmalıdır:

Məlumdur ki, normal şəraitdə (p 0 = 1 atm = 1,013 10 5 Pa, t = 0 °C və ya T = 273 K) hər hansı qazın bir mol 22,4 litr həcm tutur. Bir mol qaz üçün (10.5) nisbətinə görə yazırıq:

Universal qaz sabitinin R qiymətini əldə etdik.

Beləliklə, hər hansı bir qazın bir mol üçün

(10.4) şəklindəki vəziyyət tənliyini ilk dəfə böyük rus alimi D.İ.Mendeleyev əldə etmişdir. Onu çağırırlar Mendeleyev-Klapeyron tənliyi.

(10.5) şəklində olan vəziyyət tənliyi adlanır Klapeyron tənliyi və hal tənliyinin yazı formalarından biridir.

B.Klapeyron 10 il Rusiyada Dəmir Yolları İnstitutunda professor vəzifəsində çalışıb. Fransaya qayıdaraq bir çox dəmir yollarının çəkilişində iştirak edib, körpülərin və yolların tikintisi üçün çoxlu layihələr tərtib edib.

Onun adı Eyfel qülləsinin birinci mərtəbəsində yerləşdirilmiş Fransanın ən böyük alimləri siyahısına daxil edilmişdir.

Vəziyyət tənliyini hər dəfə çıxarmaq lazım deyil, onu yadda saxlamaq lazımdır. Universal qaz sabitinin dəyərini xatırlamaq yaxşı olardı:

R = 8,31 J/(mol K).

İndiyə qədər biz ideal qazın təzyiqindən danışdıq. Ancaq təbiətdə və texnologiyada biz çox vaxt müəyyən şərtlərdə ideal sayıla bilən bir neçə qazın qarışığı ilə məşğul oluruq.

Qazların qarışığının ən mühüm nümunəsi azot, oksigen, arqon, karbon qazı və digər qazların qarışığı olan havadır. Qaz qarışığının təzyiqi nə qədərdir?

Dalton qanunu qazların qarışığı üçün etibarlıdır.

Dalton qanunu

Kimyəvi cəhətdən qarşılıqlı təsir göstərməyən qazların qarışığının təzyiqi onların qismən təzyiqlərinin cəminə bərabərdir.

p = p 1 + p 2 + ... + p i + ... .

burada p i qarışığın i-ci komponentinin qismən təzyiqidir.

TƏrif

Fizikada düstur və qanunların başa düşülməsini və istifadəsini asanlaşdırmaq üçün müxtəlif növ modellərdən və sadələşdirmələrdən istifadə olunur. Belə bir model ideal qaz. Elmdə model real sistemin sadələşdirilmiş surətidir.

Model proseslərin və hadisələrin ən vacib xüsusiyyətlərini və xassələrini əks etdirir. İdeal qaz modeli yalnız qazın əsas davranışını izah etmək üçün tələb olunan molekulların əsas xüsusiyyətlərini nəzərə alır. İdeal qaz kifayət qədər dar təzyiq (p) və temperatur (T) diapazonunda real qaza bənzəyir.

İdeal qazın ən mühüm sadələşdirilməsi molekulların kinetik enerjisinin onların qarşılıqlı təsirinin potensial enerjisindən çox böyük hesab edilməsidir. Qaz molekullarının toqquşması topların elastik toqquşması qanunlarından istifadə etməklə təsvir edilmişdir. Molekulların toqquşmalar arasında düz xətt boyunca hərəkət etdiyi hesab edilir. Bu fərziyyələr ideal qazın vəziyyət tənlikləri adlanan xüsusi tənlikləri əldə etməyə imkan verir. Bu tənliklər aşağı temperatur və təzyiqlərdə real qazın hallarını təsvir etmək üçün tətbiq oluna bilər. Vəziyyət tənliklərini ideal qaz üçün düsturlar adlandırmaq olar. İdeal qazın davranışını və xassələrini öyrənmək üçün istifadə olunan digər əsas düsturları da təqdim edirik.

İdeal vəziyyət tənlikləri

Mendeleyev-Klapeyron tənliyi

burada p qaz təzyiqidir; V - qazın həcmi; T - Kelvin şkalası üzrə qazın temperaturu; m qaz kütləsidir; - qazın molyar kütləsi; — universal qaz sabiti.

İdeal qazın vəziyyət tənliyi də aşağıdakı ifadədir:

burada n - baxılan həcmdə qaz molekullarının konsentrasiyası; .

Molekulyar kinetik nəzəriyyənin əsas tənliyi

İdeal qaz kimi bir modeldən istifadə edərək molekulyar kinetik nəzəriyyənin (MKT) əsas tənliyi (3) alınır. Bu, qazın təzyiqinin onun molekullarının qazın yerləşdiyi gəminin divarlarına çoxlu təsirinin nəticəsi olduğunu göstərir.

qaz molekullarının translyasiya hərəkətinin orta kinetik enerjisi haradadır; - qaz molekullarının konsentrasiyası (N - qabdakı qaz molekullarının sayı; V - qabın həcmi); - qaz molekulunun kütləsi; - molekulun orta kvadrat sürəti.

İdeal qazın daxili enerjisi

İdeal qazda molekullar arasında qarşılıqlı təsirin potensial enerjisi sıfır olduğu üçün daxili enerji molekulların kinetik enerjilərinin cəminə bərabərdir:

burada i ideal qaz molekulunun sərbəstlik dərəcələrinin sayıdır; - Avoqadro nömrəsi; - maddə miqdarı. İdeal qazın daxili enerjisi onun termodinamik temperaturu (T) ilə müəyyən edilir və kütləsi ilə mütənasibdir.

Ideal qaz işi

İzobar prosesində () ideal qaz üçün iş düsturla hesablanır:

İzoxorik bir prosesdə qazın gördüyü iş sıfıra bərabərdir, çünki həcmdə heç bir dəyişiklik yoxdur:

İzotermik proses üçün ():

Adiabatik proses () üçün iş bərabərdir:

burada i qaz molekulunun sərbəstlik dərəcələrinin sayıdır.

"İdeal qaz" mövzusunda problemlərin həlli nümunələri

NÜMUNƏ 1

Qaz təzyiqi hərflə göstərilir R , Paskal ilə ölçülür (Nyuton metr kvadrata bölünür). Qaz təzyiqi molekulların qabın divarlarına dəyməsi nəticəsində yaranır. Zərbələr nə qədər tez-tez olarsa, nə qədər güclü olarsa, təzyiq də bir o qədər yüksək olar.

İdeal qaz fizikada bir modeldir. Qabın divarından divarına uçan molekulun digər molekullarla toqquşması olmadığı zaman qabdakı qaz ideal qaz sayılır.

Əsas MKT tənliyi qaz sisteminin makroskopik parametrlərini (təzyiq, həcm, temperatur) mikroskopik parametrlərlə (molekulların kütləsi, onların hərəkətinin orta sürəti) birləşdirir.

Konsentrasiya haradadır, 1/mol; - molekulyar kütlə, kq; - molekulların orta kvadrat sürəti, m/s; - molekulyar hərəkətin kinetik enerjisi, J.

İdeal qazın vəziyyət tənliyi ideal qazın təzyiqi, molar həcmi və mütləq temperaturu arasında əlaqə quran düsturdur. Tənlik belə görünür: . Bu tənliyə Klayperon-Mendeleyev tənliyi deyilir.

Son tənlik vahid qaz qanunu adlanır. Ondan Boyl qanunları - Mariotte, Charles və Gay-Lussac əldə edilir. Bu qanunlara izoproseslər üçün qanunlar deyilir:

İzoproseslər eyni parametrdə və ya T-temperaturda və ya V-həcmdə və ya p-təzyiqində baş verən proseslərdir.

İzotermik proses - Boyl qanunu - Mariotte (sabit temperaturda və verilmiş qaz kütləsində təzyiq və həcm məhsulu sabit qiymətdir)

İzobarik proses - - Gey-Lussac qanunu (verilmiş qaz kütləsi üçün sabit təzyiqdə, həcmin temperatura nisbəti sabit qiymətdir)

İzoxor proses - - Çarlz qanunu (müəyyən bir qaz kütləsi üçün sabit həcmdə təzyiqin temperatura nisbəti sabit dəyərdir)

10/2. Bir ip sarkacının salınma dövrünün ipin uzunluğundan asılılığının (və dövrün yükün kütləsindən asılılığının) yoxlanılması

Sizin ixtiyarınızda 0,1 kq çəkisi olan ayağına 100 sm uzunluğunda sap bağlanmış ştativ, hər birinin çəkisi 0,1 kq olan çəkilər dəsti və saniyəölçən var.

Çəki ilkin olaraq tarazlıq vəziyyətindən 5 sm kənara çıxdıqda onun salınma müddətini ölçün və ipdən başqa 0,1 kq çəki asın və yenidən salınma müddətini ölçün. Eksperimental nəticələr dövrün də iki dəfə artdığına dair fərziyyəni təsdiqləyirmi?

Bir çəkisi və uzunluğu 100 sm olan sarkacın ilkin olaraq tarazlıq vəziyyətindən 5 sm kənarlaşdığı zaman salınma müddətini ölçün və ipin uzunluğunu 25 sm-ə qədər azaldın və sarkacın salınma müddətini yenidən ölçün. Eksperimental nəticələr sapın uzunluğunun 4 dəfə azaldılması zamanı salınma dövrünün 2 dəfə azalması ehtimalını təsdiq edirmi?

BİLET-11 11
Buxarlanma və kondensasiya. Doymuş və doymamış cütlər. Havanın rütubəti. Havanın rütubətinin ölçülməsi.

Buxarlanma mayenin sərbəst səthindən istənilən temperaturda baş verən buxarlanmadır. İstilik hərəkəti zamanı molekulların kinetik enerjisinin qeyri-bərabər paylanması ona gətirib çıxarır ki, istənilən temperaturda maye və ya bərk maddənin bəzi molekullarının kinetik enerjisi onların digər molekullarla əlaqəsinin potensial enerjisindən çox ola bilər. Daha böyük sürətə malik molekullar daha çox kinetik enerjiyə malikdir və bədənin temperaturu onun molekullarının hərəkət sürətindən asılıdır, buna görə də buxarlanma mayenin soyuması ilə müşayiət olunur. Buxarlanma sürəti aşağıdakılardan asılıdır: açıq səth sahəsi, temperatur və mayenin yaxınlığında molekulların konsentrasiyası. Kondensasiya bir maddənin qaz halından maye vəziyyətə keçməsi prosesidir.

Qapalı bir qabda sabit bir temperaturda mayenin buxarlanması qaz halında buxarlanan maddənin molekullarının konsentrasiyasının tədricən artmasına səbəb olur. Buxarlanmanın başlamasından bir müddət sonra maddənin qaz halındakı konsentrasiyası mayeyə qayıdan molekulların sayının eyni vaxtda mayeni tərk edən molekulların sayına bərabər olacağı bir dəyərə çatacaqdır. Maddənin buxarlanması və kondensasiyası prosesləri arasında dinamik tarazlıq qurulur. Maye ilə dinamik tarazlıqda olan qaz halında olan maddəyə doymuş buxar deyilir. (Buxar buxarlanma prosesi zamanı mayeni tərk edən molekulların yığılmasıdır.) Doymuş təzyiqdən aşağı olan buxar doymamış adlanır.

Su anbarlarının səthindən, torpaq və bitki örtüyünün daimi buxarlanması, eləcə də insanların və heyvanların tənəffüsü səbəbindən atmosferdə həmişə su buxarı olur. Buna görə atmosfer təzyiqi quru havanın və onun tərkibindəki su buxarının təzyiqinin cəmidir. Hava buxarla doyduğu zaman su buxarının təzyiqi maksimum olacaqdır. Doymuş buxar, doymamış buxardan fərqli olaraq, ideal qazın qanunlarına tabe olmur. Beləliklə, doymuş buxar təzyiqi həcmdən asılı deyil, temperaturdan asılıdır. Bu asılılıq sadə bir düsturla ifadə edilə bilməz, buna görə də doymuş buxar təzyiqinin temperaturdan asılılığının eksperimental tədqiqi əsasında onun təzyiqinin müxtəlif temperaturlarda təyin oluna biləcəyi cədvəllər tərtib edilmişdir.

Müəyyən bir temperaturda havadakı su buxarının təzyiqinə mütləq rütubət və ya su buxarının təzyiqi deyilir. Buxar təzyiqi molekulların konsentrasiyası ilə mütənasib olduğundan, mütləq rütubət müəyyən bir temperaturda havada mövcud olan su buxarının sıxlığı kimi müəyyən edilə bilər, hər kubmetr üçün kiloqramla ifadə edilir (p).

Təbiətdə müşahidə olunan hadisələrin əksəriyyəti, məsələn, buxarlanma sürəti, müxtəlif maddələrin quruması və bitkilərin solması havadakı su buxarının miqdarından deyil, bu miqdarın doymaya nə qədər yaxın olmasından asılıdır, yəni. , havanın su buxarı ilə doyma dərəcəsini xarakterizə edən nisbi rütubət üzrə. Aşağı temperaturda və yüksək rütubətdə istilik ötürülməsi artır və insan hipotermik olur. Yüksək temperatur və rütubətdə istilik ötürülməsi, əksinə, kəskin şəkildə azalır, bu da bədənin həddindən artıq istiləşməsinə səbəb olur. Orta iqlim enliklərində insanlar üçün ən əlverişlisi 40-60% nisbi rütubətdir. Nisbi rütubət müəyyən bir temperaturda havadakı su buxarının (və ya təzyiqinin) sıxlığının eyni temperaturda su buxarının sıxlığına (və ya təzyiqinə) nisbətidir, faizlə ifadə edilir, yəni.

11/2. “Elektromaqnit induksiya” mövzusunda eksperimental tapşırıq:

elektromaqnit induksiya hadisəsinin müşahidəsi.

Sizin ixtiyarınızda elektromaqnit induksiya fenomenini öyrənmək üçün avadanlıq var: maqnit, naqil, milliampermetr.

Bobinə bir milliampermetr bağlayın, bobində induksiya cərəyanı yaratmağın mümkün yollarını araşdırın. Elektrik cərəyanının baş verdiyi şərtlər haqqında nəticə çıxarın.

11. Termodinamikada iş. Daxili enerji. Termodinamikanın birinci qanunu. Adiabatik proses. Termodinamikanın ikinci qanunu.

Məlum olduğu kimi, sürtünmə qüvvələrinin özəlliyi ondan ibarətdir ki, sürtünmə qüvvələrinə qarşı görülən iş nə kinetik, nə də potensial enerjini artırmır. Bununla belə, sürtünmə qüvvələrinə qarşı iş təsirsiz ötüşmür. Məsələn, hava müqavimətinin mövcudluğunda bədənin hərəkəti bədən istiliyinin artmasına səbəb olur. Bu artım bəzən çox böyük ola bilər - atmosferə uçan meteoritlər məhz hava müqavimətindən qaynaqlanan qızma səbəbindən orada yanır. Həmçinin, sürtünmə qüvvələrinin iştirakı ilə hərəkət edərkən, bədənin vəziyyətində dəyişiklik baş verə bilər - ərimə və s.

Beləliklə, hərəkət sürtünmə qüvvələrinin iştirakı ilə baş verərsə, o zaman birincisi, kinetik və potensial enerjinin cəmində azalma var prosesdə iştirak edən bütün orqanlar, ikincisi, sürtünmə orqanlarının vəziyyətində dəyişiklik var(qızdırma, yığılma vəziyyətinin dəyişməsi və s.).

Orqanların vəziyyətindəki bu cür dəyişikliklər onların enerji ehtiyatlarının dəyişməsi ilə müşayiət olunur. Bədənin vəziyyətindən, xüsusən də temperaturundan asılı olan enerji deyilir daxili enerji.

Bədənin daxili enerjisi bədəndə və ya bədəndə iş görüldükdə, həmçinin istilik bir bədəndən digərinə keçdikdə dəyişə bilər. Daxili enerji mexaniki enerji ilə eyni vahidlərlə ölçülür.

Prosesdə iştirak edən bütün cisimləri nəzərə alsaq və bütün cisimlərin həm mexaniki, həm də daxili enerjisindəki dəyişikliyi nəzərə alsaq, nəticədə ümumi enerjinin sabit bir kəmiyyət olduğunu əldə edəcəyik.. Bu ümumi enerjinin saxlanması qanunudur. Termodinamikada buna deyilir ilk başlanğıc və aşağıdakı kimi tərtib edilir: qaza verilən istilik onun daxili enerjisini dəyişməyə və qazın xarici qüvvələrə qarşı gördüyü işə gedir:

İstiliyin ötürülməsinin laqeyd qala biləcəyi qədər kiçik olduğu proses deyilir adiabatik.

İstilikötürmə- bir cismin daxili enerjisinin artdığı, digərinin isə müvafiq olaraq azaldığı proses. Bu prosesi xarakterizə etmək üçün konsepsiya təqdim olunur istilik miqdarı istilik ötürülməsi zamanı cismin daxili enerjisində baş verən dəyişiklikdir. Belə bir proseslə Q=0, A=-DU, yəni. daxili enerjinin dəyişməsi hesabına iş qaz tərəfindən həyata keçirilir.

Termodinamikanın ikinci qanunu- cisimlər arasında istilik ötürmə proseslərinin istiqamətinə məhdudiyyətlər qoyan fiziki prinsip. Termodinamikanın ikinci qanunu, ikinci növ əbədi hərəkət edən maşınları qadağan edərək, sistemin bütün daxili enerjisini faydalı işə çevirməyin mümkün olmadığını göstərir. Termodinamikanın ikinci qanunu termodinamika çərçivəsində sübut oluna bilməyən bir postulatdır. O, eksperimental faktların ümumiləşdirilməsi əsasında yaradılmış və çoxsaylı eksperimental təsdiqlər almışdır.

Ideal qaz molekullar arasında qarşılıqlı cazibə və itələmə qüvvələrinin olmadığı və molekulların ölçülərinin nəzərə alınmadığı bir qazdır. Yüksək temperaturda və aşağı təzyiqdə olan bütün real qazlar praktiki olaraq ideal qazlar hesab edilə bilər.
Həm ideal, həm də real qazlar üçün vəziyyət tənliyi (1.7) tənliyinə uyğun olaraq üç parametrlə təsvir edilmişdir.
İdeal qazın vəziyyət tənliyi molekulyar kinetik nəzəriyyədən və ya Boyle-Mariotte və Gay-Lussac qanunlarının birgə nəzərdən keçirilməsindən əldə edilə bilər.
Bu tənlik 1834-cü ildə fransız fiziki Klapeyron tərəfindən yaradılmışdır və 1 kq qaz kütləsi üçün aşağıdakı formaya malikdir:

Р·υ = R·Т, (2.10)

burada: R qaz sabitidir və sabit təzyiqdə və temperaturun 1 dərəcə dəyişdiyi prosesdə 1 kq qazın gördüyü işi əks etdirir.
(2.7) tənliyinə t deyilir vəziyyətin istilik tənliyi və ya xarakterik tənlik .
Kütləsi m olan ixtiyari miqdarda qaz üçün vəziyyət tənliyi belə olacaq:

Р·V = m·R·Т. (2.11)

1874-cü ildə D.I.Mendeleyev, Dalton qanununa əsaslanaraq (. "Eyni temperatur və təzyiqdə bərabər həcmli müxtəlif ideal qazlar eyni sayda molekul ehtiva edir") adlanan 1 kq qaz üçün universal vəziyyət tənliyini təklif etmişdir Klapeyron-Mendeleyev tənliyi:

Р·υ = R μ ·Т/μ , (2.12)

burada: μ - qazın molar (molekulyar) kütləsi, (kq/kmol);

R μ = 8314,20 J/kmol (8,3142 kJ/kmol) - universal qaz sabiti və sabit təzyiqdə və temperaturun 1 dərəcə dəyişməsi ilə prosesdə 1 kmol ideal qazın gördüyü işi əks etdirir.
R μ-i bilməklə R = R μ / μ qaz sabitini tapa bilərsiniz.
İxtiyari qaz kütləsi üçün Klapeyron-Mendeleyev tənliyi aşağıdakı formada olacaq:

Р·V = m·R μ ·Т/μ. (2.13)

İdeal qazların qarışığı.

Qaz qarışığı bir-biri ilə hər hansı kimyəvi reaksiyaya girən fərdi qazların qarışığına aiddir. Qarışıqdakı hər bir qaz (komponent), digər qazlardan asılı olmayaraq, bütün xassələrini tamamilə saxlayır və qarışığın bütün həcmini tək başına tuturmuş kimi davranır.
Qismən təzyiq- bu, qarışığa daxil olan hər bir qazın, əgər bu qaz qarışıqda olduğu kimi eyni miqdarda, eyni həcmdə və eyni temperaturda tək olsaydı, malik olacağı təzyiqdir.
Qaz qarışığı tabe olur Dalton qanunu:
║Qaz qarışığının ümumi təzyiqi qismən təzyiqlərin cəminə bərabərdir║qarışığı təşkil edən fərdi qazlar.

P = P 1 + P 2 + P 3 + . . . Р n = ∑ Р i , (2.14)

burada P 1, P 2, P 3. . . Р n – qismən təzyiqlər.
Qarışığın tərkibi müvafiq olaraq aşağıdakı düsturlarla müəyyən edilən həcm, kütlə və mol fraksiyaları ilə müəyyən edilir:

r 1 = V 1 / V sm; r 2 = V 2 / V sm; … r n = V n / V sm, (2.15)
g 1 = m 1 / m sm; g 2 = m 2 / m sm; … g n = m n / m sm, (2.16)
r 1 ′ = ν 1 / ν sm; r 2 ′ = ν 2 / ν sm; … r n ′ = ν n / ν sm, (2.17)

burada V 1; V 2; … V n ; V sm – komponentlərin və qarışığın həcmləri;
m 1; m2; … m n ; m sm – komponentlərin və qarışığın kütlələri;
ν 1; ν 2; … ν n ; ν sm – maddə miqdarı (kilomol)
komponentlər və qarışıqlar.
Dalton qanununa görə ideal qaz üçün:

r 1 = r 1 ′; r 2 = r 2 ′; … r n = r n ′ . (2.18)

V 1 +V 2 + … + V n = V sm və m 1 + m 2 + … + m n = m sm olduğundan,

onda r 1 + r 2 + … + r n = 1, (2.19)
g 1 + g 2 + … + g n = 1. (2.20)

Həcm və kütlə fraksiyaları arasındakı əlaqə aşağıdakı kimidir:

g 1 = r 1 ∙μ 1 /μ sm; g 2 = r 2 ∙μ 2 /μ sm; … g n = r n ∙μ n /μ sm, (2.21)

burada: μ 1, μ 2, ... μ n, μ sm – komponentlərin və qarışığın molekulyar çəkiləri.
Qarışığın molekulyar çəkisi:

μ sm = μ 1 r 1 + r 2 μ 2 + … + r n μ n. (2.22)

Qarışığın qaz sabiti:

R sm = g 1 R 1 + g 2 R 2 + … + g n R n =
= R μ (g 1 /μ 1 + g 2 /μ 2 + … + g n /μ n) =
= 1 / (r 1 /R 1 + r 2 /R 2 + ... + r n /R n) . (2.23)

Qarışığın xüsusi kütlə istilik tutumları:

р sm ilə = g 1 ilə р 1 + g 2 ilə р 2 + … + g n ilə р n. (2,24)
v ilə bax = g 1 ilə p 1 + g 2 ilə v 2 + ... + g n ilə v n. (2,25)

Qarışığın xüsusi molyar (molekulyar) istilik tutumları:

rμ sm ilə = r 1 ilə rμ 1 + r 2 ilə rμ 2 + … + r n ilə rμ n. (2,26)
vμ sm ilə = r 1 ilə vμ 1 + r 2 ilə vμ 2 + … + r n ilə vμ n. (2,27)

Mövzu 3. Termodinamikanın ikinci qanunu.

Termodinamikanın ikinci qanununun əsas müddəaları.

Termodinamikanın birinci qanunu istiliyin işə, işin isə istiliyə çevrilə biləcəyini bildirir və bu çevrilmələrin mümkün olduğu şərtləri müəyyən etmir.
İşin istiliyə çevrilməsi həmişə tam və qeyd-şərtsiz baş verir. İstiliyin davamlı keçidi zamanı işə çevrilməsinin əks prosesi yalnız müəyyən şərtlərdə mümkündür və tamamilə deyil. İstilik təbii olaraq daha isti cisimlərdən soyuq olanlara keçə bilər. İstiliyin soyuq cisimlərdən qızdırılanlara ötürülməsi öz-özünə baş vermir. Bu əlavə enerji tələb edir.
Beləliklə, hadisələrin və proseslərin tam təhlili üçün termodinamikanın birinci qanunundan əlavə, əlavə qanuna malik olmaq lazımdır. Bu qanundur termodinamikanın ikinci qanunu . Müəyyən bir prosesin mümkün və ya qeyri-mümkün olduğunu, prosesin hansı istiqamətdə getdiyini, termodinamik tarazlığın əldə edildiyi zaman və hansı şəraitdə maksimum işin əldə edilə biləcəyini müəyyən edir.
Termodinamikanın ikinci qanununun formulaları.
İstilik mühərrikinin mövcudluğu üçün 2 mənbə lazımdır - isti bulaq və soyuq bulaq (ətraf mühit). İstilik mühərriki yalnız bir mənbədən işləyirsə, ona deyilir 2-ci növ daimi hərəkət maşını.
1 formulasiya (Ostwald):
| "2-ci növ əbədi hərəkət maşını mümkün deyil."

1-ci növ daimi hərəkət maşını L>Q 1 olan istilik mühərrikidir, burada Q 1 verilən istilikdir. Termodinamikanın birinci qanunu, verilən istiliyi tamamilə L işinə çevirən Q 1 istilik mühərriki yaratmağa "icazə verir", yəni. L = Q 1. İkinci qanun daha sərt məhdudiyyətlər qoyur və işin verilən istilikdən az olması lazım olduğunu bildirir (L Q 2 istilik soyuq mənbədən istiyə ötürüldükdə 2-ci növ daimi hərəkət maşını həyata keçirilə bilər. Ancaq bunun üçün istilik kortəbii olaraq soyuq bir bədəndən istiyə keçməlidir, bu mümkün deyil. Bu, 2-ci formulaya gətirib çıxarır (Clausius tərəfindən):
|| “İstilik daha çoxdan özbaşına ötürə bilməz
|| soyuq bədəndən daha istiyə."
İstilik mühərrikini idarə etmək üçün iki mənbə lazımdır - isti və soyuq. 3-cü formula (Carnot):
|| “Harada temperatur fərqi varsa, onu törətmək olar
|| işlə."
Bütün bu formulalar bir-birinə bağlıdır;

Entropiya.

Termodinamik sistemin vəziyyətinin funksiyalarından biri də budur entropiya. Entropiya aşağıdakı ifadə ilə müəyyən edilən kəmiyyətdir:

dS = dQ / T. [J/K] (3.1)

və ya xüsusi entropiya üçün:

ds = dq / T. [J/(kq K)] (3.2)

Entropiya cismin vəziyyətinin birmənalı funksiyasıdır və hər bir vəziyyət üçün çox xüsusi dəyər alır. Bu, geniş (maddənin kütləsindən asılı olaraq) vəziyyət parametridir və istənilən termodinamik prosesdə bədənin ilkin və son vəziyyəti ilə tamamilə müəyyən edilir və prosesin yolundan asılı deyildir.
Entropiya əsas dövlət parametrlərinin funksiyası kimi müəyyən edilə bilər:

S = f 1 (P,V) ; S = f 2 (P, T) ; S = f 3 (V, T); (3.3)

və ya xüsusi entropiya üçün:

s = f 1 (P,υ) ; s = f 2 (P,T) ; S = f 3 (υ,T); (3.4)

Entropiya prosesin növündən asılı olmadığından və işçi mayenin ilkin və son vəziyyətləri ilə təyin olunduğundan, yalnız onun müəyyən bir prosesdə dəyişməsi tapılır, onu aşağıdakı tənliklərdən istifadə etməklə tapmaq olar:

Ds = c v ln(T 2 /T 1) + R ln(υ 2 /υ 1); (3.5)
Ds = c p ln(T 2 /T 1) - R ln(P 2 /P 1) ; (3.6)
Ds = c v ln(P 2 /P 1) + c p ln(υ 2 /υ 1) . (3.7)

Sistemin entropiyası artarsa ​​(Ds > 0), o zaman sistemə istilik verilir.
Sistemin entropiyası azalarsa (Ds< 0), то системе отводится тепло.
Sistemin entropiyası dəyişməzsə (Ds = 0, s = Const), o zaman sistemə istilik verilmir və ya çıxarılmır (adiabatik proses).

Karno dövrü və teoremləri.

Karno dövrü 2 izotermik və 2 adiabatik prosesdən ibarət dairəvi dövrdür. p,υ- və T,s-diaqramlarda geri dönən Karno dövrü Şəkil 3.1-də göstərilmişdir.

1-2 – s 1 = Const-da geri dönən adiabatik genişlənmə. Temperatur T 1-dən T 2-ə qədər azalır.
2-3 – izotermik sıxılma, istiliyin işçi mayedən soyuq mənbəyə q 2 çıxarılması.
3-4 – s 2-də geri dönən adiabatik sıxılma =Const. Temperatur T3-dən T4-ə qədər yüksəlir.
4-1 – izotermik genişlənmə, isti mənbəyə q 1 istiliyin işçi mayesinə verilməsi.
Hər hansı bir dövrün əsas xüsusiyyəti istilik səmərəliliyi(t.k.p.d.).

h t = L c / Q c, (3.8)

h t = (Q 1 – Q 2) / Q 1.

Geri dönən Carnot dövrü üçün t.k.d. düsturla müəyyən edilir:

h tk = (T 1 – T 2) / T 1. (3.9)

bu nəzərdə tutur Karnotun 1-ci teoremi :
|| "Geri çevrilən Carnot dövrünün istilik səmərəliliyi ondan asılı deyil
|| işçi mayenin xassələri və yalnız temperaturla müəyyən edilir
|| mənbələr."
İxtiyari geri dönən dövrlə Karno dövrünün müqayisəsindən belə çıxır Karnotun 2-ci teoremi:
|| "Tərsiyə çevrilən Carnot dövrü || verilmiş temperatur intervalında ən yaxşı dövrdür"
Bunlar. t.k.p.d. Carnot dövrü həmişə səmərəlilik əmsalından böyükdür. ixtiyari döngə:
h tк > h t . (3.10)

Mövzu 4. Termodinamik proseslər.

>>Fizika və Astronomiya >>Fizika 10-cu sinif >>Fizika: İdeal qazın vəziyyət tənliyi

İdeal qaz vəziyyəti

Bugünkü fizika dərsimizi ideal qazın hal tənliyi mövzusuna həsr edəcəyik. Ancaq əvvəlcə ideal qazın vəziyyəti kimi bir anlayışı anlamağa çalışaq. Biz bilirik ki, atomlar və molekullar kimi real mövcud qazların zərrəcikləri öz ölçülərinə malikdir və təbii olaraq kosmosda müəyyən bir həcm doldurur və buna uyğun olaraq onlar bir-birindən bir qədər asılıdır.

Qaz hissəcikləri arasında qarşılıqlı təsirdə olduqda, fiziki qüvvələr onların hərəkətini yükləyir və bununla da manevr imkanlarını məhdudlaşdırır. Buna görə də qaz qanunları və onların nəticələri, bir qayda olaraq, yalnız nadirləşdirilmiş real qazlar üçün pozulmur. Yəni, hissəcikləri arasındakı məsafə qaz hissəciklərinin daxili ölçüsünü əhəmiyyətli dərəcədə aşan qazlar üçün. Bundan əlavə, belə hissəciklər arasında qarşılıqlı təsir adətən minimaldır.

Buna görə təbii atmosfer təzyiqində qaz qanunları təxmini dəyərə malikdir və bu təzyiq yüksəkdirsə, qanunlar tətbiq edilmir.

Buna görə də, fizikada belə bir anlayışı ideal qazın vəziyyəti kimi nəzərdən keçirmək adətdir. Belə şəraitdə hissəciklər adətən mikroskopik ölçülərə malik olan və bir-biri ilə heç bir əlaqəsi olmayan müəyyən həndəsi nöqtələr kimi qəbul edilir.

İdeal qaz vəziyyəti tənliyi

Amma bu mikroskopik parametrləri birləşdirən və qazın vəziyyətini təyin edən tənliyə adətən ideal qazın vəziyyət tənliyi deyilir.

Qazın vəziyyətini təyin etmək mümkün olmayan belə sıfır parametrlər bunlardır:

Birinci parametrə təzyiq daxildir, bu simvol ilə təyin olunur - P;
İkinci parametr həcm –V;
Üçüncü parametr isə temperaturdur - T.
Dərsimizin əvvəlki hissəsindən artıq bilirik ki, qazlar kimyəvi reaksiyalarda reaksiya verən və ya məhsul ola bilər, ona görə də normal şəraitdə qazları bir-biri ilə reaksiyaya salmaq çətindir və bunun üçün bunu bacarmaq lazımdır. normaldan fərqli şəraitdə qazların mollarının sayını təyin etmək.

Lakin bu məqsədlər üçün onlar ideal qazın vəziyyət tənliyindən istifadə edirlər. Bu tənliyə Klapeyron-Mendeleyev tənliyi də deyilir.

İdeal qaz üçün belə vəziyyət tənliyini bu düsturda qazın konsentrasiyasını təsvir edən təzyiq və temperaturdan asılılıq düsturundan asanlıqla əldə etmək olar.

Bu tənliyə ideal qaz vəziyyət tənliyi deyilir.

n - qazın mollarının sayı;
P – qaz təzyiqi, Pa;
V – qazın həcmi, m3;
T – qazın mütləq temperaturu, K;
R – universal qaz sabiti 8,314 J/mol×K.

İlk dəfə olaraq qazların təzyiqi, həcmi və temperaturu arasında əlaqə yaratmağa kömək edən tənlik 1834-cü ildə uzun müddət Sankt-Peterburqda işləyən məşhur fransız fiziki Benua Klapeyron tərəfindən alınmış və tərtib edilmişdir. Lakin böyük rus alimi Dmitri İvanoviç Mendeleyev bunu ilk dəfə 1874-cü ildə istifadə etdi, lakin ondan əvvəl Avoqadro qanununu Klapeyronun tərtib etdiyi qanunla birləşdirərək düsturu əldə etdi.

Buna görə də Avropada qazların davranışının təbiəti haqqında nəticə çıxarmağa imkan verən qanun Mendeleyev-Klapeyron qanunu adlanırdı.

Həmçinin, qazın həcmi litrlə ifadə edildikdə, Klapeyron-Mendeleyev tənliyinin aşağıdakı formaya sahib olacağına diqqət yetirməlisiniz:

Ümid edirəm ki, bu mövzunu öyrənməkdə heç bir probleminiz olmayıb və indi siz ideal qazın vəziyyət tənliyinin nə olduğu barədə təsəvvürünüz var və bilirsiniz ki, onun köməyi ilə siz real qazların parametrlərini hesablaya bilərsiniz. qazların fiziki şəraiti normal şəraitə yaxın olduqda.