Заттын газдуу агрегаттык абалынын термодинамикасы – системалардагы термодинамикалык тең салмактуулукту жана квазистатикалык өтүүлөрдү изилдөөчү физиканын маанилүү тармагы. Системалардын жүрүм-турумун болжолдоо негизделген негизги модель идеалдуу газ модели болуп саналат. Аны колдонуу менен Менделеев-Клапейрон теңдемеси алынган. Бул тууралуу макалада карап көрүңүз.
Идеалдуу газ
Белгилүү болгондой, бардык реалдуу газдар молекулалардан же атомдордон турат, алардын ортосундагы аралыктар төмөнкү басымдагы чоңдуктарына салыштырмалуу өтө чоң. Мындан тышкары, жогорку температурада абсолюттук масштабда молекулалардын кинетикалык энергиясы алсыз диполь-диполь өз ара аракеттенүүлөрү менен байланышкан алардын потенциалдык энергиясынан ашат (эгерде бул өз ара аракеттенүүдөн тышкары химиялык байланыштын башка түрлөрү болсо, мисалы, иондук же суутек, анда алар ички системанын энергиясынын потенциалдуу компонентине олуттуу салым кошот).
УламКөптөгөн реалдуу газдар үчүн нормага жакын шарттарда, алардын ички өз ара аракеттенүүсүн жана бөлүкчөлөрдүн өлчөмдөрүн эске албай коюуга болот. Бул эки негизги болжолдоо идеалдуу газ моделин түзөт.
Менделеевдин физикадагы теңдемеси
Бул теңдемени Клапейрон-Менделеев мыйзамы деп айтуу туурараак жана адилеттүү. Ал биринчи жолу 1834-жылы француз инженери Эмиль Клапейрон тарабынан жазылган. Ал муну 19-кылымдын башында ачылган Бойл-Мариотт, Гей-Люссак жана Чарльздын газ мыйзамдарын талдоо аркылуу жасады.
Орус химиги Дмитрий Менделеевдин сиңирген эмгеги – ал теңдемеге заманбап жана колдонууга оңой математикалык форма бергендигинде. Атап айтканда, Менделеев бардык газдар үчүн R=8, 314 Дж/(мольК) константасын теңдемеге киргизген. Клапейрон өзү эсептөө процессин кыйындаткан бир катар эмпирикалык константаларды колдонгон.
Менделеев-Клапейрон теңдемеси төмөнкүчө жазылат:
PV=nRT.
Бул теңчилик туюнтуунун сол тарабындагы басымдын P менен көлөм V көбөйтүндүсү ар дайым абсолюттук температуранын T жана сол жагындагы n затынын көлөмүнүн көбөйтүндүсүнө пропорционал экенин билдирет.
Изилденип жаткан туюнтма анын төрт параметринин экөөсүн оңдосоңуз, каалаган газ мыйзамын алууга мүмкүнчүлүк берет. Изопроцесстерде чөйрө менен зат алмашуу болбогон жабык системалар изилденет (n=const). Бул процесстер бир туруктуу термодинамикалык параметр менен мүнөздөлөт (T, P же V).
Мисал көйгөй
Эми Менделеев-Клапейрон теңдемеси боюнча маселени чечели. 500 грамм салмактагы кычкылтек көлөмү 100 литр болгон баллондо 2 атмосфера басымында турганы белгилүү. Система термодинамикалык тең салмактуулукта экенин эске алганда, шардагы температура кандай болот.
Эске салсак, аныктамага ылайык, заттын көлөмү формула менен эсептелинет:
n=м/М.
Мында m – системанын бардык бөлүкчөлөрүнүн массасы, M – алардын орточо молярдык массасы. Бул теңдик Менделеев теңдемесин төмөнкү формада кайра жазууга мүмкүндүк берет:
PV=mRT/M.
Бул тапшырманын иштөө формуласын кайдан алабыз:
T=PVM/(mR).
Бардык чоңдуктарды SI бирдиктерине айландыруу жана аларды бул туюнтмага алмаштыруу калды:
T=21013250, 10, 032/(0, 58, 314)=156 K.
Эсептелген температура -117 oC. Бул температурадагы кычкылтек дагы деле газ абалында болсо да (ал -182,96 oC конденсацияланат), мындай шарттарда идеалдуу газ модели эсептелген маанинин сапаттык баасын алуу үчүн гана колдонулушу мүмкүн.
