Persamaan am keadaan gas ideal. Persamaan sejagat keadaan gas ideal

« Fizik - gred 10"

Bab ini akan membincangkan implikasi yang boleh diambil daripada konsep suhu dan parameter makroskopik yang lain. Persamaan asas teori kinetik molekul gas telah membawa kita sangat dekat untuk mewujudkan hubungan antara parameter ini.

Kami mengkaji secara terperinci kelakuan gas ideal dari sudut pandangan teori kinetik molekul. Kebergantungan tekanan gas pada kepekatan molekul dan suhunya ditentukan (lihat formula (9.17)).

Berdasarkan pergantungan ini, adalah mungkin untuk mendapatkan persamaan yang menghubungkan ketiga-tiga parameter makroskopik p, V dan T, mencirikan keadaan gas ideal bagi jisim tertentu.

Formula (9.17) hanya boleh digunakan sehingga tekanan tertib 10 atm.

Persamaan yang mengaitkan tiga parameter makroskopik p, V dan T dipanggil persamaan keadaan gas ideal.

Mari kita gantikan ungkapan untuk kepekatan molekul gas ke dalam persamaan p = nkT. Dengan mengambil kira formula (8.8), kepekatan gas boleh ditulis seperti berikut:

di mana N A ialah pemalar Avogadro, m ialah jisim gas, M ialah jisim molarnya. Selepas menggantikan formula (10.1) ke dalam ungkapan (9.17) kita akan mempunyai

Hasil darab pemalar Boltzmann k dan pemalar Avogadro N A dipanggil pemalar gas sejagat (molar) dan dilambangkan dengan huruf R:

R = kN A = 1.38 10 -23 J/K 6.02 10 23 1/mol = 8.31 J/(mol K). (10.3)

Menggantikan pemalar gas sejagat R ke dalam persamaan (10.2) dan bukannya kN A, kita memperoleh persamaan keadaan gas ideal berjisim arbitrari.

Satu-satunya kuantiti dalam persamaan ini yang bergantung kepada jenis gas ialah jisim molarnya.

Persamaan keadaan membayangkan hubungan antara tekanan, isipadu dan suhu gas ideal, yang boleh berada dalam mana-mana dua keadaan.

Jika indeks 1 menandakan parameter yang berkaitan dengan keadaan pertama, dan indeks 2 menandakan parameter yang berkaitan dengan keadaan kedua, maka mengikut persamaan (10.4) untuk gas dengan jisim tertentu

Sisi kanan persamaan ini adalah sama, oleh itu, sisi kirinya juga mestilah sama:

Adalah diketahui bahawa satu mol mana-mana gas dalam keadaan normal (p 0 = 1 atm = 1.013 10 5 Pa, t = 0 °C atau T = 273 K) menduduki isipadu 22.4 liter. Untuk satu mol gas, mengikut hubungan (10.5), kita tulis:

Kami telah memperoleh nilai pemalar gas sejagat R.

Oleh itu, untuk satu mol mana-mana gas

Persamaan keadaan dalam bentuk (10.4) pertama kali diperoleh oleh saintis besar Rusia D.I. Dia dipanggil Persamaan Mendeleev-Clapeyron.

Persamaan keadaan dalam bentuk (10.5) dipanggil Persamaan Clapeyron dan merupakan salah satu bentuk penulisan persamaan keadaan.

B. Clapeyron bekerja di Rusia selama 10 tahun sebagai profesor di Institut Kereta Api. Kembali ke Perancis, beliau mengambil bahagian dalam pembinaan banyak kereta api dan merangka banyak projek untuk pembinaan jambatan dan jalan raya.

Namanya termasuk dalam senarai saintis terhebat Perancis, diletakkan di tingkat pertama Menara Eiffel.

Persamaan keadaan tidak perlu diterbitkan setiap kali, ia mesti diingat. Adalah baik untuk mengingati nilai pemalar gas sejagat:

R = 8.31 J/(mol K).

Setakat ini kita telah bercakap tentang tekanan gas ideal. Tetapi dalam alam semula jadi dan dalam teknologi, kita sering berurusan dengan campuran beberapa gas, yang dalam keadaan tertentu boleh dianggap ideal.

Contoh campuran gas yang paling penting ialah udara, iaitu campuran nitrogen, oksigen, argon, karbon dioksida dan gas lain. Berapakah tekanan campuran gas tersebut?

Hukum Dalton sah untuk campuran gas.

undang-undang Dalton

Tekanan campuran gas tidak berinteraksi secara kimia adalah sama dengan jumlah tekanan separanya

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

di mana p i ialah tekanan separa komponen ke-i bagi campuran.

DEFINISI

Untuk menjadikan formula dan hukum dalam fizik lebih mudah difahami dan digunakan, pelbagai jenis model dan pemudahcaraan digunakan. Model sedemikian adalah gas ideal. Model dalam sains ialah salinan ringkas sistem sebenar.

Model ini mencerminkan ciri dan sifat yang paling penting bagi proses dan fenomena. Model gas ideal hanya mengambil kira sifat asas molekul yang diperlukan untuk menerangkan kelakuan asas gas. Gas ideal menyerupai gas sebenar dalam julat tekanan (p) dan suhu (T) yang agak sempit.

Penyederhanaan yang paling penting bagi gas ideal ialah tenaga kinetik molekul dianggap jauh lebih besar daripada tenaga potensi interaksi mereka. Perlanggaran molekul gas diterangkan menggunakan hukum perlanggaran anjal bola. Molekul dianggap bergerak dalam garis lurus antara perlanggaran. Andaian ini memungkinkan untuk mendapatkan persamaan khas, yang dipanggil persamaan keadaan gas ideal. Persamaan ini boleh digunakan untuk menerangkan keadaan gas sebenar pada suhu dan tekanan rendah. Persamaan keadaan boleh dipanggil formula untuk gas ideal. Kami juga membentangkan formula asas lain yang digunakan dalam mengkaji kelakuan dan sifat gas ideal.

Persamaan keadaan ideal

Persamaan Mendeleev-Clapeyron

di mana p ialah tekanan gas; V ialah isipadu gas; T ialah suhu gas pada skala Kelvin; m ialah jisim gas; - jisim molar gas; - pemalar gas sejagat.

Persamaan keadaan gas ideal juga merupakan ungkapan:

di mana n ialah kepekatan molekul gas dalam isipadu yang sedang dipertimbangkan; .

Persamaan asas teori kinetik molekul

Menggunakan model seperti gas ideal, persamaan asas teori kinetik molekul (MKT) (3) diperolehi. Yang menunjukkan bahawa tekanan gas adalah hasil daripada sejumlah besar kesan molekulnya pada dinding kapal di mana gas itu berada.

di manakah tenaga kinetik purata bagi gerakan translasi molekul gas; - kepekatan molekul gas (N - bilangan molekul gas di dalam kapal; V - isipadu kapal); - jisim molekul gas; - punca purata kelajuan persegi molekul.

Tenaga dalaman gas ideal

Oleh kerana dalam gas ideal tenaga potensi interaksi antara molekul diandaikan sifar, tenaga dalaman adalah sama dengan jumlah tenaga kinetik molekul:

di mana i ialah bilangan darjah kebebasan bagi molekul gas ideal; - Nombor Avogadro; - jumlah bahan. Tenaga dalaman gas ideal ditentukan oleh suhu termodinamik (T) dan berkadar dengan jisimnya.

Kerja gas yang ideal

Untuk gas ideal dalam proses isobarik (), kerja dikira menggunakan formula:

Dalam proses isochorik, kerja yang dilakukan oleh gas adalah sifar, kerana tiada perubahan dalam isipadu:

Untuk proses isoterma ():

Untuk proses adiabatik () kerja adalah sama dengan:

di mana i ialah bilangan darjah kebebasan molekul gas.

Contoh penyelesaian masalah mengenai topik "Gas ideal"

CONTOH 1

Tekanan gas ditunjukkan oleh huruf R , diukur dalam Pascals (Newton dibahagikan dengan meter kuasa dua). Tekanan gas disebabkan oleh molekul yang mengenai dinding bekas. Lebih kerap pukulan, lebih kuat, lebih tinggi tekanan.

Gas ideal ialah model dalam fizik. Gas di dalam kapal dianggap sebagai gas ideal apabila molekul yang terbang dari dinding ke dinding kapal tidak mengalami perlanggaran dengan molekul lain.

Persamaan asas MKT menghubungkan parameter makroskopik (tekanan, isipadu, suhu) sistem gas dengan yang mikroskopik (jisim molekul, kelajuan purata pergerakannya).

Di manakah kepekatan, 1/mol; - jisim molekul, kg; - punca purata kelajuan segi empat sama molekul, m/s; - tenaga kinetik pergerakan molekul, J.

Persamaan keadaan gas ideal ialah formula yang mewujudkan hubungan antara tekanan, isipadu molar dan suhu mutlak gas ideal. Persamaan kelihatan seperti: . Persamaan ini dipanggil persamaan Clayperon-Mendeleev.

Persamaan terakhir dipanggil undang-undang gas bersatu. Daripadanya undang-undang Boyle - Mariotte, Charles dan Gay-Lussac diperolehi. Undang-undang ini dipanggil undang-undang untuk isoproses:

Isoproses ialah proses yang berlaku pada parameter atau suhu T yang sama, atau volum V, atau tekanan p.

Proses isoterma - Hukum Boyle - Mariotte (pada suhu malar dan jisim gas tertentu, hasil darab tekanan dan isipadu ialah nilai malar)

Proses isobarik - - Hukum Gay-Lussac (pada tekanan malar untuk jisim gas tertentu, nisbah isipadu kepada suhu ialah nilai malar)

Proses Isokhorik - - Hukum Charles (pada isipadu tetap untuk jisim gas tertentu, nisbah tekanan kepada suhu ialah nilai tetap)

10/2. Memeriksa pergantungan tempoh ayunan bandul benang pada panjang benang (dan kebebasan tempoh dari jisim beban)

Anda mempunyai tripod dengan seutas benang sepanjang 100 cm diikat pada kakinya dengan berat seberat 0.1 kg, satu set pemberat seberat 0.1 kg setiap satu dan jam randik.

Ukur tempoh ayunan berat apabila ia mula menyimpang dari kedudukan keseimbangan sebanyak 5 cm Gantungkan berat lagi 0.1 kg dari benang dan ukur tempoh ayunan semula. Adakah keputusan eksperimen mengesahkan andaian bahawa tempoh itu juga meningkat dua kali ganda?

Ukur tempoh ayunan bandul dengan satu berat dan panjang benang 100 cm apabila pada mulanya menyimpang dari kedudukan keseimbangan sebanyak 5 cm Kurangkan panjang benang kepada 25 cm dan ukur tempoh ayunan bandul itu semula. Adakah keputusan eksperimen mengesahkan andaian bahawa apabila panjang benang dikurangkan dengan faktor 4, tempoh ayunan berkurangan dengan faktor 2?

TIKET-11 11
Penyejatan dan pemeluwapan. Pasangan tepu dan tak tepu. Kelembapan udara. Pengukuran kelembapan udara.

Penyejatan ialah pengewapan yang berlaku pada sebarang suhu dari permukaan bebas cecair. Pengagihan tenaga kinetik molekul yang tidak sekata semasa gerakan haba membawa kepada fakta bahawa pada sebarang suhu tenaga kinetik beberapa molekul cecair atau pepejal mungkin melebihi tenaga potensi sambungannya dengan molekul lain. Molekul dengan kelajuan yang lebih tinggi mempunyai tenaga kinetik yang lebih besar, dan suhu badan bergantung pada kelajuan pergerakan molekulnya, oleh itu, penyejatan disertai dengan penyejukan cecair. Kadar penyejatan bergantung pada: luas permukaan terbuka, suhu, dan kepekatan molekul berhampiran cecair. Pemeluwapan ialah proses peralihan bahan daripada keadaan gas kepada keadaan cecair.

Penyejatan cecair dalam bekas tertutup pada suhu malar membawa kepada peningkatan beransur-ansur dalam kepekatan molekul bahan penyejatan dalam keadaan gas. Beberapa ketika selepas permulaan penyejatan, kepekatan bahan dalam keadaan gas akan mencapai nilai di mana bilangan molekul yang kembali kepada cecair menjadi sama dengan bilangan molekul yang meninggalkan cecair pada masa yang sama. Keseimbangan dinamik diwujudkan antara proses penyejatan dan pemeluwapan bahan. Bahan dalam keadaan gas yang berada dalam keseimbangan dinamik dengan cecair dipanggil wap tepu. (Wap ialah pengumpulan molekul yang meninggalkan cecair semasa proses penyejatan.) Wap pada tekanan di bawah tepu dipanggil tak tepu.

Oleh kerana penyejatan berterusan air dari permukaan takungan, tanah dan tumbuh-tumbuhan, serta pernafasan manusia dan haiwan, atmosfera sentiasa mengandungi wap air. Oleh itu, tekanan atmosfera ialah jumlah tekanan udara kering dan wap air yang terkandung di dalamnya. Tekanan wap air akan menjadi maksimum apabila udara tepu dengan wap. Stim tepu, tidak seperti wap tak tepu, tidak mematuhi undang-undang gas ideal. Oleh itu, tekanan wap tepu tidak bergantung kepada isipadu, tetapi bergantung kepada suhu. Pergantungan ini tidak boleh dinyatakan dengan formula mudah, oleh itu, berdasarkan kajian eksperimen tentang pergantungan tekanan wap tepu pada suhu, jadual telah disusun dari mana tekanannya boleh ditentukan pada pelbagai suhu.

Tekanan wap air di udara pada suhu tertentu dipanggil kelembapan mutlak, atau tekanan wap air. Oleh kerana tekanan wap adalah berkadar dengan kepekatan molekul, kelembapan mutlak boleh ditakrifkan sebagai ketumpatan wap air yang terdapat di udara pada suhu tertentu, dinyatakan dalam kilogram per meter padu (p).

Kebanyakan fenomena yang diperhatikan dalam alam semula jadi, sebagai contoh, kadar penyejatan, pengeringan pelbagai bahan, dan layu tumbuhan, tidak bergantung pada jumlah wap air di udara, tetapi pada seberapa dekat jumlah ini dengan ketepuan, i.e. , pada kelembapan relatif, yang mencirikan tahap tepu udara dengan wap air. Pada suhu rendah dan kelembapan yang tinggi, pemindahan haba meningkat dan seseorang menjadi hipotermia. Pada suhu dan kelembapan yang tinggi, pemindahan haba, sebaliknya, berkurangan secara mendadak, yang membawa kepada terlalu panas badan. Yang paling sesuai untuk manusia di latitud iklim pertengahan ialah kelembapan relatif 40-60%. Kelembapan relatif ialah nisbah ketumpatan wap air (atau tekanan) di udara pada suhu tertentu kepada ketumpatan (atau tekanan) wap air pada suhu yang sama, dinyatakan sebagai peratusan, i.e.

11/2. Tugas eksperimen mengenai topik "aruhan elektromagnetik":

pemerhatian fenomena aruhan elektromagnet.

Anda mempunyai peralatan pelupusan anda untuk mengkaji fenomena aruhan elektromagnet: magnet, gegelung wayar, miliammeter.

Sambungkan miliammeter ke gegelung, teroka cara yang mungkin untuk menghasilkan arus teraruh dalam gegelung. Buat kesimpulan tentang keadaan di mana arus elektrik berlaku.

11. Bekerja dalam termodinamik. Tenaga dalaman. Undang-undang pertama termodinamik. Proses adiabatik. Hukum kedua termodinamik.

Seperti yang diketahui, keistimewaan daya geseran ialah kerja yang dilakukan terhadap daya geseran tidak meningkatkan sama ada tenaga kinetik atau potensi. Walau bagaimanapun, kerja melawan daya geseran tidak disedari. Sebagai contoh, pergerakan badan dengan kehadiran rintangan udara membawa kepada peningkatan suhu badan. Peningkatan ini kadang-kadang boleh menjadi sangat besar - meteorit yang terbang ke atmosfera terbakar di dalamnya dengan tepat disebabkan oleh pemanasan yang disebabkan oleh rintangan udara. Juga, apabila bergerak dengan kehadiran daya geseran, perubahan dalam keadaan badan boleh berlaku - lebur, dsb.

Jadi, jika pergerakan berlaku dengan kehadiran daya geseran, maka pertama, terdapat penurunan dalam jumlah tenaga kinetik dan potensi semua badan yang mengambil bahagian dalam proses itu, kedua, terdapat perubahan dalam keadaan badan bergesel(pemanasan, perubahan dalam keadaan pengagregatan, dsb.).

Perubahan sedemikian dalam keadaan badan disertai dengan perubahan dalam rizab tenaga mereka. Tenaga yang bergantung kepada keadaan badan, khususnya pada suhunya, dipanggil tenaga dalaman.

Tenaga dalaman badan boleh berubah apabila kerja dilakukan pada badan atau badan, dan juga apabila haba dipindahkan dari satu badan ke badan yang lain. Tenaga dalaman diukur dalam unit yang sama dengan tenaga mekanikal.

Jika kita menganggap semua badan mengambil bahagian dalam proses itu, dan mengambil kira perubahan dalam kedua-dua tenaga mekanikal dan dalaman semua badan, kita akhirnya akan memperoleh bahawa jumlah tenaga adalah kuantiti yang tetap.. Ini adalah undang-undang pemuliharaan jumlah tenaga. Dalam termodinamik ia dipanggil permulaan pertama dan dirumuskan seperti berikut: haba yang diberikan kepada gas pergi untuk menukar tenaga dalamannya dan kepada kerja yang dilakukan oleh gas terhadap daya luar:

Proses di mana pemindahan haba sangat diabaikan sehingga boleh diabaikan dipanggil adiabatik.

Pemindahan haba- satu proses di mana tenaga dalaman satu badan meningkat, dan yang lain, dengan sewajarnya, berkurangan. Untuk mencirikan proses ini, konsep ini diperkenalkan jumlah haba ialah perubahan tenaga dalaman badan yang berlaku semasa pemindahan haba. Dengan proses ini Q=0, A=-DU, i.e. kerja dilakukan oleh gas kerana perubahan tenaga dalaman.

Hukum kedua termodinamik- prinsip fizikal yang mengenakan sekatan ke atas arah proses pemindahan haba antara jasad. Undang-undang kedua termodinamik melarang apa yang dipanggil mesin gerakan kekal jenis kedua, menunjukkan bahawa adalah mustahil untuk menukar semua tenaga dalaman sistem kepada kerja yang berguna. Hukum kedua termodinamik ialah postulat yang tidak dapat dibuktikan dalam kerangka termodinamik. Ia dicipta berdasarkan generalisasi fakta eksperimen dan menerima banyak pengesahan eksperimen.

Gas ideal ialah gas di mana tiada daya tarikan dan tolakan antara molekul dan saiz molekul diabaikan. Semua gas sebenar pada suhu tinggi dan tekanan rendah boleh dianggap sebagai gas ideal.
Persamaan keadaan bagi kedua-dua gas ideal dan sebenar diterangkan oleh tiga parameter mengikut persamaan (1.7).
Persamaan keadaan gas ideal boleh diperoleh daripada teori kinetik molekul atau daripada pertimbangan bersama hukum Boyle-Mariotte dan Gay-Lussac.
Persamaan ini diperolehi pada tahun 1834 oleh ahli fizik Perancis Clapeyron dan untuk 1 kg jisim gas mempunyai bentuk:

Р·υ = R·Т, (2.10)

di mana: R ialah pemalar gas dan mewakili kerja yang dilakukan oleh 1 kg gas dalam proses pada tekanan malar dan dengan perubahan suhu 1 darjah.
Persamaan (2.7) dipanggil t persamaan terma keadaan atau persamaan ciri .
Untuk jumlah gas yang sewenang-wenangnya berjisim m, persamaan keadaan akan menjadi:

Р·V = m·R·Т. (2.11)

Pada tahun 1874, D.I. Mendeleev, berdasarkan undang-undang Dalton ( "Volume yang sama bagi gas ideal yang berbeza pada suhu dan tekanan yang sama mengandungi bilangan molekul yang sama.") mencadangkan persamaan keadaan sejagat untuk 1 kg gas, yang dipanggil Persamaan Clapeyron-Mendeleev:

Р·υ = R μ ·Т/μ , (2.12)

di mana: μ - jisim molar (molekul) gas, (kg/kmol);

R μ = 8314.20 J/kmol (8.3142 kJ/kmol) - pemalar gas sejagat dan mewakili kerja yang dilakukan oleh 1 kmol gas ideal dalam proses pada tekanan malar dan dengan perubahan suhu 1 darjah.
Mengetahui R μ, anda boleh mencari pemalar gas R = R μ / μ.
Untuk jisim gas yang sewenang-wenangnya, persamaan Clapeyron-Mendeleev akan mempunyai bentuk:

Р·V = m·R μ ·Т/μ. (2.13)

Campuran gas ideal.

Campuran gas merujuk kepada campuran gas individu yang memasuki sebarang tindak balas kimia antara satu sama lain. Setiap gas (komponen) dalam campuran, tanpa mengira gas lain, benar-benar mengekalkan semua sifatnya dan berkelakuan seolah-olah ia sahaja menduduki keseluruhan isipadu campuran.
Tekanan separa- ini ialah tekanan yang akan dimiliki oleh setiap gas yang termasuk dalam campuran jika gas ini bersendirian dalam kuantiti yang sama, dalam isipadu yang sama dan pada suhu yang sama seperti dalam campuran.
Campuran gas mematuhi undang-undang Dalton:
║Jumlah tekanan campuran gas adalah sama dengan jumlah tekanan separa║gas individu yang membentuk campuran.

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

di mana P 1, P 2, P 3. . . Р n – tekanan separa.
Komposisi campuran ditentukan oleh isipadu, jisim dan pecahan mol, yang ditentukan masing-masing menggunakan formula berikut:

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

di mana V 1; V 2 ; … V n ; V cm – isipadu komponen dan campuran;
m 1; m2; … m n ; m cm – jisim komponen dan campuran;
ν 1; ν 2; … ν n ; ν cm – jumlah bahan (kilomol)
komponen dan campuran.
Untuk gas ideal, menurut hukum Dalton:

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

Oleh kerana V 1 +V 2 + … + V n = V cm dan m 1 + m 2 + … + m n = m cm,

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

Hubungan antara isipadu dan pecahan jisim adalah seperti berikut:

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

di mana: μ 1, μ 2, ... μ n, μ cm – berat molekul komponen dan campuran.
Berat molekul campuran:

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

Pemalar gas campuran:

R cm = 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)

Kapasiti haba jisim tertentu bagi campuran:

dengan р cm = g 1 dengan р 1 + g 2 dengan р 2 + … + g n dengan р n. (2.24)
dengan v lihat = g 1 dengan p 1 + g 2 dengan v 2 + ... + g n dengan v n. (2.25)

Kapasiti haba molar (molekul) tertentu bagi campuran:

dengan rμ cm = r 1 dengan rμ 1 + r 2 dengan rμ 2 + … + r n dengan rμ n. (2.26)
dengan vμ cm = r 1 dengan vμ 1 + r 2 dengan vμ 2 + … + r n dengan vμ n. (2.27)

Topik 3. Hukum kedua termodinamik.

Peruntukan asas undang-undang kedua termodinamik.

Undang-undang pertama termodinamik menyatakan bahawa haba boleh ditukar kepada kerja, dan bekerja kepada haba, dan tidak menetapkan keadaan di mana transformasi ini mungkin.
Perubahan kerja kepada haba sentiasa berlaku sepenuhnya dan tanpa syarat. Proses sebaliknya menukar haba kepada kerja semasa peralihan berterusannya hanya mungkin dalam keadaan tertentu dan tidak sepenuhnya. Haba secara semula jadi boleh bergerak dari badan yang lebih panas kepada yang lebih sejuk. Pemindahan haba daripada badan sejuk kepada badan yang dipanaskan tidak berlaku dengan sendirinya. Ini memerlukan tenaga tambahan.
Oleh itu, untuk analisis lengkap fenomena dan proses, adalah perlu untuk mempunyai, sebagai tambahan kepada undang-undang pertama termodinamik, undang-undang tambahan. Undang-undang ini adalah hukum kedua termodinamik . Ia menentukan sama ada proses tertentu mungkin atau mustahil, ke arah mana proses itu berjalan, apabila keseimbangan termodinamik dicapai, dan dalam keadaan apa kerja maksimum boleh diperolehi.
Rumusan hukum kedua termodinamik.
Untuk kewujudan enjin haba, 2 sumber diperlukan - air panas dan air sejuk (persekitaran). Jika enjin haba beroperasi dari satu sumber sahaja, ia dipanggil mesin gerakan kekal jenis ke-2.
1 formulasi (Ostwald):
| "Mesin gerakan kekal jenis ke-2 adalah mustahil."

Mesin gerakan kekal jenis pertama ialah enjin haba di mana L>Q 1, di mana Q 1 ialah haba yang dibekalkan. Undang-undang pertama termodinamik "membenarkan" kemungkinan mencipta enjin haba yang menukar sepenuhnya haba yang dibekalkan Q 1 kepada kerja L, i.e. L = Q 1. Undang-undang kedua mengenakan sekatan yang lebih ketat dan menyatakan bahawa kerja mestilah kurang daripada haba yang dibekalkan (L Mesin gerakan kekal jenis ke-2 boleh direalisasikan jika haba Q 2 dipindahkan dari sumber sejuk ke sumber panas. Tetapi untuk ini, haba mesti dipindahkan secara spontan dari badan sejuk ke panas, yang mustahil. Ini membawa kepada rumusan ke-2 (oleh Clausius):
|| "Haba tidak boleh dipindahkan secara spontan daripada lebih
|| badan yang sejuk kepada badan yang lebih panas."
Untuk mengendalikan enjin haba, dua sumber diperlukan - panas dan sejuk. Formulasi ke-3 (Carnot):
|| "Di mana terdapat perbezaan suhu, adalah mungkin untuk melakukan
|| kerja."
Semua formulasi ini saling berkait dari satu formulasi anda boleh dapatkan yang lain.

Entropi.

Salah satu fungsi keadaan sistem termodinamik ialah entropi. Entropi ialah kuantiti yang ditakrifkan oleh ungkapan:

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

atau untuk entropi tertentu:

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

Entropi ialah fungsi yang tidak jelas bagi keadaan badan, mengambil nilai yang sangat khusus untuk setiap keadaan. Ia adalah parameter keadaan yang luas (bergantung kepada jisim bahan) dan dalam mana-mana proses termodinamik sepenuhnya ditentukan oleh keadaan awal dan akhir badan dan tidak bergantung pada laluan proses.
Entropi boleh ditakrifkan sebagai fungsi parameter keadaan asas:

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

atau untuk entropi tertentu:

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

Oleh kerana entropi tidak bergantung pada jenis proses dan ditentukan oleh keadaan awal dan akhir bendalir kerja, hanya perubahannya dalam proses tertentu ditemui, yang boleh didapati menggunakan persamaan berikut:

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)

Jika entropi sistem meningkat (Ds > 0), maka haba dibekalkan kepada sistem.
Jika entropi sistem berkurangan (Ds< 0), то системе отводится тепло.
Jika entropi sistem tidak berubah (Ds = 0, s = Const), maka haba tidak dibekalkan atau dikeluarkan ke sistem (proses adiabatik).

Kitaran Carnot dan teorem.

Kitar Carnot ialah kitar bulat yang terdiri daripada 2 proses isoterma dan 2 proses adiabatik. Kitaran Carnot boleh balik dalam rajah p,υ- dan T,s ditunjukkan dalam Rajah 3.1.

1-2 – pengembangan adiabatik boleh balik pada s 1 = Const. Suhu menurun dari T 1 ke T 2.
2-3 – mampatan isoterma, penyingkiran haba q 2 kepada sumber sejuk daripada bendalir kerja.
3-4 – mampatan adiabatik boleh balik pada s 2 =Const. Suhu meningkat dari T 3 ke T 4.
4-1 – pengembangan isoterma, bekalan haba q 1 kepada punca panas kepada bendalir kerja.
Ciri utama mana-mana kitaran ialah kecekapan haba(t.k.p.d.).

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

h t = (Q 1 – Q 2) / Q 1.

Untuk t.k.p.d kitaran Carnot boleh balik. ditentukan oleh formula:

h tk = (T 1 – T 2) / T 1. (3.9)

ini membayangkan Teorem 1 Carnot :
|| "Kecekapan terma kitaran Carnot boleh balik tidak bergantung pada
|| sifat bendalir kerja dan hanya ditentukan oleh suhu
|| sumber."
Daripada perbandingan kitaran boleh balik sewenang-wenangnya dan kitaran Carnot ia mengikuti Teorem ke-2 Carnot:
|| "Kitaran Carnot boleh balik ialah kitaran terbaik dalam || julat suhu tertentu"
Itu. t.k.p.d. Kitaran Carnot sentiasa lebih besar daripada pekali kecekapan. gelung sewenang-wenangnya:
h tк > h t . (3.10)

Topik 4. Proses termodinamik.

>>Fizik dan Astronomi >>Fizik gred 10 >>Fizik: Persamaan keadaan gas ideal

Keadaan gas yang ideal

Kami akan menumpukan pelajaran fizik hari ini kepada topik persamaan keadaan gas ideal. Walau bagaimanapun, pertama, mari kita cuba memahami konsep seperti keadaan gas ideal. Kita tahu bahawa zarah-zarah gas sebenar yang sedia ada, seperti atom dan molekul, mempunyai saiznya sendiri dan secara semula jadi mengisi beberapa isipadu dalam ruang, dan dengan itu ia bergantung sedikit antara satu sama lain.

Apabila berinteraksi antara zarah gas, daya fizikal membebankan pergerakan mereka dan dengan itu mengehadkan kebolehgerakan mereka. Oleh itu, undang-undang gas dan akibatnya, sebagai peraturan, tidak dilanggar hanya untuk gas sebenar jarang. Iaitu, untuk gas, jarak antara zarah yang jauh melebihi saiz intrinsik zarah gas. Di samping itu, interaksi antara zarah tersebut biasanya minimum.

Oleh itu, undang-undang gas pada tekanan atmosfera semula jadi mempunyai nilai anggaran, dan jika tekanan ini tinggi, maka undang-undang tidak terpakai.

Oleh itu, dalam fizik adalah lazim untuk menganggap konsep sedemikian sebagai keadaan gas ideal. Dalam keadaan sedemikian, zarah biasanya dianggap sebagai titik geometri tertentu yang mempunyai dimensi mikroskopik dan tidak mempunyai sebarang interaksi antara satu sama lain.

Persamaan keadaan gas ideal

Tetapi persamaan yang menghubungkan parameter mikroskopik ini dan menentukan keadaan gas biasanya dipanggil persamaan keadaan gas ideal.

Parameter sifar sedemikian, tanpanya mustahil untuk menentukan keadaan gas, adalah:

Parameter pertama termasuk tekanan, yang ditetapkan oleh simbol - P;
Parameter kedua ialah volum –V;
Dan parameter ketiga ialah suhu - T.
Dari bahagian sebelumnya dalam pelajaran kita, kita sudah tahu bahawa gas boleh bertindak sebagai bahan tindak balas atau menjadi produk dalam tindak balas kimia, oleh itu, dalam keadaan normal, sukar untuk membuat gas bertindak balas antara satu sama lain, dan untuk ini adalah perlu untuk dapat untuk menentukan bilangan mol gas dalam keadaan yang berbeza daripada biasa.

Tetapi untuk tujuan ini mereka menggunakan persamaan keadaan gas ideal. Persamaan ini juga biasa dipanggil persamaan Clapeyron-Mendeleev.

Persamaan keadaan bagi gas ideal sedemikian boleh didapati dengan mudah daripada formula untuk pergantungan tekanan dan suhu, menerangkan kepekatan gas dalam formula ini.

Persamaan ini dipanggil persamaan gas ideal keadaan.

n ialah bilangan mol gas;
P – tekanan gas, Pa;
V - isipadu gas, m3;
T – suhu gas mutlak, K;
R – pemalar gas sejagat 8.314 J/mol×K.

Buat pertama kalinya, persamaan yang membantu mewujudkan hubungan antara tekanan, isipadu dan suhu gas telah diperoleh dan dirumuskan pada tahun 1834 oleh ahli fizik Perancis terkenal Benoit Clapeyron, yang bekerja untuk masa yang lama di St. Petersburg. Tetapi Dmitry Ivanovich Mendeleev, saintis Rusia yang hebat, mula-mula menggunakannya pada tahun 1874, tetapi sebelum itu dia memperoleh formula dengan menggabungkan undang-undang Avogadro dengan undang-undang yang dirumuskan oleh Clapeyron.

Oleh itu, undang-undang yang membolehkan kita membuat kesimpulan tentang sifat kelakuan gas biasanya dipanggil undang-undang Mendeleev-Clapeyron di Eropah.

Juga, anda harus memberi perhatian kepada fakta bahawa apabila isipadu gas dinyatakan dalam liter, persamaan Clapeyron-Mendeleev akan mempunyai bentuk berikut:

Saya harap anda tidak mempunyai sebarang masalah untuk mempelajari topik ini dan kini anda mempunyai idea tentang persamaan keadaan gas ideal dan anda tahu bahawa dengan bantuannya anda boleh mengira parameter gas sebenar dalam kes apabila keadaan fizikal gas hampir dengan keadaan biasa.