Указания к теоретической подготовке

Вопросы теории

Модель идеального газа. Основное уравнение кинетической теории идеального газа. Уравнение состояния газа. Параметры состояния газа. Единицы измерения этих величин. Приборы для измерения параметров состояния. Изопроцессы.

Указания к теоретической подготовке

Свойства газа характеризуются параметрами состояния: давлением, температурой, объемом, количеством вещества, массой. Для идеального газа они связаны друг с другом уравнением состояния - уравнением Менделеева-Клапейрона: .

Количество вещества ν определяет отношение числа структурных элементов, содержащихся в данной массе вещества, к постоянной Авогадро N_А. С другой стороны - количество вещества можно найти как отношение массы вещества к его молярной массе.

Универсальная газовая постоянная R численно равна работе изобарического расширения одного моля идеального газа при нагревании на один Кельвин. Она одинакова для всех газов. Из сравнения молярных теплоемкостей изобарического и изохорического процессов следует, что их разность равна универсальной газовой постоянной. Теоретическое значение R=8,31Дж/моль·К.

Для определения экспериментального значения универсальной газовой постоянной измеряют массу и давление газа в двух состояниях - до и после откачки - в одном и том же объеме баллона. Записывают уравнения состояния для каждого случая, вычитают из первого второе, получая расчетную формулу для вычисления R: , (1)

где ∆Р – разность давлений, ∆m – разность масс, V – объем баллона, Т и μ - температура и молярная масса газа.

Газ считают идеальным, если размерами и взаимодействием молекул можно пренебречь, то есть можно считать молекулы материальными точками, которые движутся свободно и взаимодействуют друг с другом только в момент соударений.

Внутренняя энергия идеального газа состоит из кинетической энергии движения его молекул. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы определяется температурой газа: .

В кинетической теории газа связь между давлением газа и характеристиками его молекул выражена основным уравнением молекулярно-кинетической теории: , где m_м - масса молекулы, n - концентрации молекул, - квадрат средней квадратичной скорости молекул.

Масса молекулы m_м, умноженная на концентрациюn, численно равна массе газа m в единице объема V. Получим: .

Если записать это уравнение для двух состояний газа, то, вычитая из первого второе, получим формулу для вычисления экспериментального значения средней квадратичной скорости молекул по разности давлений и масс газа:

_, (2)

Теоретическое значение средней квадратичной скорости рассчитывают через теоретическое значение универсальной газовой постоянной, температуру и молярную массу воздуха: _т . (3)

Поиск по сайту: