Законы идеального газа

В молекулярно-кинетической теории пользуются моделью идеального газа, согласно которой считают, что:

  • 1) собственный объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда;
  • 2) между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия;
  • 3) столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие.

Модель идеального газа можно использовать при изучении реальных газов, так как они (например, кислород и гелий) в условиях, близких к нормальным, а также при низких давлениях и высоких температурах близки по своим свойствам к идеальному газу. Кроме того, внеся поправки, учитывающие собственный объем молекул газа и действующие молекулярные силы, можно перейти к теории реальных газов.

Рассмотрим законы, описывающие поведение идеальных газов.

Закон Бойля—Мариотта.

Для данной массы газа при постоянной температуре произведение давления газа на его объем есть величина постоянная:

Кривая, изображающая зависимость между величинами р и V, характеризующими свойства вещества при постоянной температуре, называется изотермой. Изотермы представляют собой гиперболы, расположенные на графике тем выше, чем выше температура, при которой происходит процесс (рис. 174).

Закон Гей-Люссака.

Объем данной массы газа при постоянном давлении изменяется линейно с температурой:

Рис.174

Закон Шарля.

Давление данной массы газа при постоянном объеме изменяется линейно с температурой:

В этих уравнениях t — температура по шкале Цельсия, р0 и VQ — давление и объем при О °С, коэффициент а = 1/273,15 “С"1.

Процесс, протекающий при постоянном давлении, называется изобарным. На V, t диаграмме (рис. 175) этот процесс изображается прямой, называемой изобарой.

Процесс, протекающий при постоянном объеме, называется изохорным. На р, t диаграмме (рис. 176) он изображается прямой, называемой изохорой.

Из уравнений (2) и (3) следует, что изобары и изохоры пересекают ось температур в точке t = -1/а = -273,15 °С, определяемой из условия 1 + at = 0 . Если перенести начало отсчета в эту точку, то происходит переход к шкале Кельвина (см. рис. 176), откуда

Вводя в формулы (2) и (3) термодинамическую температуру, законам Гей-Люссака можно придать более удобный вид:

Рис. 176

Рис. 175

где индексы 1 и 2 относятся к произвольным состояниям, лежащим на одной изобаре или изохоре.

Закон Авогадро.

Моль любых газов при одинаковой температуре и одинаковом давлении занимает одинаковый объем.

Молярный объем — физическая величина, равная отношению объема однородной системы к количеству вещества

системы:

В одном моле различных веществ содержится одно и то же число молекул, называемое постоянной Авогадро:

Закон Дальтона.

Давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений рг р2,.... рп входящих в нее газов:

Парциальное давление — давление, которое производил бы газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он один занимал объем, равный объему смеси при той же температуре.

 
Посмотреть оригинал