Ідеальний газ. Дослідні закони ідеального газу

У молекулярно-кінетичній теорії користуються моделлю ідеального газу, яка відповідає таким умовам:

· власний об’єм молекул газу нехтовно малий порівняно з об’ємом посудини;

· між молекулами газу відсутні сили взаємодії;

· зіткнення молекул газу між собою і стінками посудини абсолютно пружні.

Модель ідеального газу можна використовувати при вивченні реальних газів, оскільки вони за умов, близьких до нормальних (Р = Р _А, Т = 273 К), а також при низьких тисках і високих температурах близькі за своїми властивостями до ідеального газу.

Розглянемо деякі термодинамічні ізопроцеси, у яких відбувається зміна термодинамічних параметрів, що визначають стан газу. Ізопроцесом називається процес, у якому один з параметрів стану (P, V або T) залишається постійним, а інші змінюються.

Процес, який протікає у газі, коли температура залишається постійною (Т = const), називається ізотермічним процесом. Для такого процесу виконується закон Бойля-Маріотта: для даної маси газу (т = const) при постійній температурі добуток тиску газу на його об'єм є величиною постійною:

PV = const, або .

Тобто при постійній температурі тиск газу зменшується обернено пропорційно зростанню температури. Діаграма цього ізопроцесу в координатах P-V є гіперболою (рис. 2.1).

Процес, який протікає у газі, коли об’єм залишається постійним (V = const), називається ізохорним процесом. Для такого процесу виконується закон Шарля: для даної маси газу (т = const) при постійному об’ємі відношення тиску газу до його температури є величиною постійною:

, або .

Тобто тиск газу, який знаходиться у замкнутому об’ємі, зростає прямо пропорційно зростанню термодинамічної температури. Діаграма цього ізопроцесу у координатах P-T є прямою лінією (рис. 2.2).

Процес, який протікає у газі, коли тиск залишається постійним (Р = const), називається ізобарним процесом. Для такого процесу виконується закон Гей-люсака: для даної маси газу (т = const) при постійному тиску відношення об’єму газу до його температури є величиною постійною:

, або .

Тобто об’єм газу при постійному тиску зростає прямо пропорційно зростанню термодинамічної температури. Діаграма цього ізопроцесу у координатах V-T є прямою лінією (рис. 2.3).

Закон Авогадро: молі будь-яких газів при однакових температурі й тиску займають однакові об’єми. За нормальних умов (P = P_А = 1,03×10⁵ Па,
T = 273 К) молярний об’єм V_m дорівнює 22,4×10^-3 м³/моль.

Закон Дальтона: тиск суміші ідеальних газів дорівнює сумі парціальних тисків газів, з яких вона складається:

.

Парціальний тиск – це тиск газу, який входить до суміші, в об’ємі цієї суміші.

 

Рівняння Менделєєва- Клапейрона

Наслідком дослідних законів ідеального газу є рівняння Клапейрона, яке виконується для даної маси газу (т = const):

або .