Ар бир адам жашоосунда материянын үч агрегаттык абалынын биринде турган денелерге жолугат. Окуу үчүн агрегаттын эң жөнөкөй абалы газ. Макалада идеалдуу газ түшүнүгүн карап чыгабыз, системанын абалынын теңдемесин беребиз, ошондой эле абсолюттук температуранын сүрөттөлүшүнө бир аз көңүл бурабыз.
Заттын газ абалы
Ар бир окуучу "газ" деген сөздү укканда заттын кандай абалы жөнүндө айтып жатканын жакшы түшүнөт. Бул сөз өзүнө берилген ар кандай көлөмдү ээлөөгө жөндөмдүү орган деп түшүнүлөт. Ал өзүнүн формасын сактай албайт, анткени кичине эле тышкы таасирге да туруштук бере албайт. Ошондой эле газ көлөмүн сактабайт, бул аны катуу заттардан гана эмес, суюктуктардан да айырмалап турат.
Суюктук сыяктуу, газ да суюк зат. Газдардагы катуу денелердин кыймыл процессинде акыркылары бул кыймылга тоскоол болот. Натыйжада пайда болгон күч каршылык деп аталат. Анын баасы көз карандыдененин газдагы ылдамдыгы.
Газдардын күчтүү мисалдары: аба, үйлөрдү жылытуу жана тамак бышыруу үчүн колдонулган жаратылыш газы, жарнак түтүктөрүн толтуруу үчүн колдонулган инерттүү газдар (Ne, Ar) же ширетүүдө инерттүү (агрессивдүү эмес, коргоочу) чөйрөнү түзүү үчүн колдонулат..
Идеалдуу газ
Газ мыйзамдарын жана абалдын теңдемесин сүрөттөөдөн мурун идеалдуу газ деген эмне деген суроону жакшы түшүнүшүңүз керек. Бул түшүнүк молекулярдык-кинетикалык теорияга (МКТ) киргизилген. Төмөнкү мүнөздөмөлөрдү канааттандырган газ идеалдуу газ болуп саналат:
- Аны түзгөн бөлүкчөлөр түз механикалык кагылышуулардан башкасы менен өз ара аракеттенишпейт.
- Идиштин дубалдары менен же өз ара бөлүкчөлөрдүн кагылышынын натыйжасында алардын кинетикалык энергиясы жана импульсу сакталат, башкача айтканда кагылышуу абсолюттук серпилгичтүү деп эсептелет.
- Белчектердин өлчөмдөрү жок, бирок массасы чектүү, башкача айтканда, алар материалдык чекиттерге окшош.
Кандай гана газ болбосун идеалдуу эмес, реалдуу экендиги табигый нерсе. Ошентсе да, көптөгөн практикалык маселелерди чечүү үчүн, бул жакындашуулар абдан туура жана колдонулушу мүмкүн. Жалпы эмпирикалык эреже бар, анда мындай дейт: химиялык табиятына карабастан, эгерде газдын температурасы бөлмө температурасынан жогору жана атмосфералык же андан төмөн даражадагы басымга ээ болсо, анда аны жогорку тактык менен идеалдуу деп эсептөөгө болот жана аны сүрөттөө үчүн колдонсо болот. ал.абалынын идеалдуу газ теңдемесинин формуласы.
Клапейрон-Менделеев мыйзамы
Заттын ар кандай агрегаттык абалынын ортосундагы өтүү жана бир агрегаттык абалдагы процесстер термодинамика тарабынан жөнгө салынат. Басым, температура жана көлөм - термодинамикалык системанын ар кандай абалын уникалдуу аныктаган үч чоңдук. Идеалдуу газдын абалынын теңдемесинин формуласы бул үч чоңдукту тең бир теңдикке бириктирет. Бул формуланы жазалы:
PV=nRT
Бул жерде P, V, T - тиешелүүлүгүнө жараша басым, көлөм, температура. n мааниси заттын молдо өлчөмү, ал эми R символу газдардын универсалдуу константасын билдирет. Бул теңдик басым менен көлөмдүн көбөйтүлүшү канчалык чоң болсо, заттын көлөмү менен температуранын көбөйтүлүшү ошончолук чоң болушу керек экенин көрсөтүп турат.
Газдын абалынын теңдемесинин формуласы Клапейрон-Менделеев мыйзамы деп аталат. 1834-жылы француз окумуштуусу Эмиль Клапейрон өзүнөн мурункулардын эксперименталдык жыйынтыктарын жыйынтыктап, ушул теңдемеге келген. Бирок Клапейрон бир катар константаларды колдонгон, кийинчерээк Менделеев аларды бирөө менен алмаштырган – универсалдуу газ константасы R (8, 314 Дж/(мольК)). Ошондуктан азыркы физикада бул теңдеме француз жана орус окумуштууларынын ысымдарынан аталып калган.
Башка теңдеме формалары
Жогоруда идеалдуу газ үчүн Менделеев-Клапейрон абалынын теңдемесин жалпы кабыл алынган жанаыңгайлуу форма. Бирок, термодинамикалык маселелерде көбүнчө бир аз башкача форма талап кылынышы мүмкүн. Төмөндө дагы үч формула жазылган, алар түздөн-түз жазылган теңдемеден келип чыгат:
PV=NkBT;
PV=m/MRT;
P=ρRT/M.
Бул үч теңдеме идеалдуу газ үчүн да универсалдуу, аларда гана масса m, молярдык масса M, тыгыздык ρ жана системаны түзгөн бөлүкчөлөрдүн саны N сыяктуу чоңдуктар пайда болот. Бул жерде kB символу Больцман туруктуулугун билдирет (1, 3810-23J/K).
Бойл-Мариотт мыйзамы
Клапейрон өзүнүн теңдемесин түзгөндө, ал мындан бир нече ондогон жылдар мурун эксперименталдык түрдө ачылган газ мыйзамдарына негизделген. Алардын бири Бойл-Мариоттун мыйзамы. Ал жабык системадагы изотермиялык процессти чагылдырат, анын натыйжасында басым жана көлөм сыяктуу макроскопиялык параметрлер өзгөрөт. Эгерде идеалдуу газдын абалынын теңдемесине T жана n туруктуусун койсок, анда газ мыйзамы төмөнкү форманы алат:
P1V1=P2V 2
Бул Бойл-Мариотт мыйзамы, анда басымдын жана көлөмдүн көбөйтүндүсү эркин изотермиялык процесс учурунда сакталат. Бул учурда, P жана V маанилери өзгөрөт.
Эгер P(V) же V(P) графиктерин түзсөңүз, изотермалар гиперболалар болот.
Чарльз менен Гей-Люссактын мыйзамдары
Бул мыйзамдар изобардык жана изохоралык математикалык түрдө сүрөттөлөтпроцесстер, башкача айтканда газ системасынын абалынын ортосундагы мындай өтүүлөр, аларда тиешелүү түрдө басым жана көлөм сакталат. Чарльздын мыйзамын математикалык түрдө төмөнкүчө жазса болот:
V/T=n болгондо const, P=const.
Гей-Люссак мыйзамы төмөнкүчө жазылган:
P/T=n болгондо const, V=const.
Эгер эки теңдик тең график түрүндө берилсе, анда биз х огуна кандайдыр бир бурчта жантайган түз сызыктарды алабыз. Графиктин бул түрү туруктуу басымдагы көлөм менен температуранын жана туруктуу көлөмдөгү басым менен температуранын ортосундагы түз пропорционалдыкты көрсөтөт.
Каралып жаткан үч газ мыйзамы тең газдын химиялык курамын, ошондой эле анын зат өлчөмүндөгү өзгөрүүнү эсепке албайт.
Абсолюттук температура
Күнүмдүк жашоодо биз Цельсийдик температура шкаласын колдонууга көнүп калганбыз, анткени ал бизди курчап турган процесстерди сүрөттөө үчүн ыңгайлуу. Ошентип, суу 100 oC кайнайт жана 0 oC температурада тоңот. Физикада бул шкала ыңгайсыз болуп чыгат, ошондуктан 19-кылымдын ортосунда Лорд Келвин тарабынан киргизилген абсолюттук температура шкаласы колдонулат. Бул шкалага ылайык, температура Кельвин (К) менен өлчөнөт.
-273, 15 oC температурада атомдор менен молекулалардын жылуулук термелүүсү болбойт, алардын алдыга жылышы толук токтойт деп эсептелет. Цельсий боюнча бул температура Кельвиндеги абсолюттук нөлгө туура келет (0 К). Бул аныктамаданабсолюттук температуранын физикалык мааниси төмөнкүдөй: бул затты түзгөн бөлүкчөлөрдүн кинетикалык энергиясынын өлчөмү, мисалы, атомдор же молекулалар.
Абсолюттук температуранын жогорудагы физикалык маанисинен тышкары, бул чоңдукту түшүнүүнүн башка жолдору бар. Алардын бири Чарльздын аталган газ мыйзамы. Аны төмөнкү формада жазалы:
V1/T1=V2/T 2=>
V1/V2=T1/T 2.
Акыркы теңдик системадагы заттын белгилүү бир өлчөмүндө (мисалы, 1 моль) жана белгилүү басымда (мисалы, 1 Па) газдын көлөмү абсолюттук температураны уникалдуу түрдө аныктай турганын айтат. Башкача айтканда, бул шарттарда газдын көлөмүнүн көбөйүшү температуранын жогорулашынын эсебинен гана мүмкүн болот, ал эми көлөмдүн азайышы Т.
маанисинин азайгандыгын көрсөтөт.
Эске салсак, Цельсийдеги температурадан айырмаланып, абсолюттук температура терс болушу мүмкүн эмес.
Авогадро принциби жана газ аралашмасы
Жогорудагы газ мыйзамдарынан тышкары идеалдуу газдын абалынын теңдемеси 19-кылымдын башында Амедео Авогадро ачкан, анын фамилиясын алып жүргөн принципке алып келет. Бул принцип туруктуу басымдагы жана температурадагы ар кандай газдын көлөмү системадагы заттын саны менен аныктала тургандыгын белгилейт. Тиешелүү формула мындай көрүнөт:
n/V=качан P, T=const.
Жазылган туюнтма идеалдуу газ физикасында белгилүү болгон Дальтондун газ аралашмалары үчүн мыйзамына алып келет. Булмыйзам аралашмадагы газдын жарым-жартылай басымы анын атомдук үлүшү менен өзгөчө аныкталат деп айтылат.
Маселени чечүү мисалы
Идеалдуу газы бар катуу дубалдары бар жабык идиште ысытуунун натыйжасында басым 3 эсеге жогорулаган. Системанын акыркы температурасын аныктоо керек, эгерде анын баштапкы мааниси 25 oC.
Биринчи, температураны Цельсийден Кельвинге которолу, бизде:
T=25 + 273, 15=298, 15 K.
Идиштин дубалдары катуу болгондуктан, жылытуу процессин изохоралык деп эсептөөгө болот. Бул учурда, биз Гей-Люссак мыйзамын колдонобуз, бизде:
P1/T1=P2/T 2=>
T2=P2/P1T 1.
Ошентип, акыркы температура басымдын катышы менен баштапкы температуранын продуктусунан аныкталат. Берилиштерди теңдикке алмаштыруу менен биз жооп алабыз: T2=894,45 К. Бул температура 621,3 oC.
туура келет.
