Kaip keičiasi idealaus dujų slėgis?

Idealios dujos yra fizinėsdujų modelis. Šis modelis praktiškai neatsižvelgia į molekulių sąveiką tarpusavyje. Jis naudojamas aprašyti dujų elgseną matematiškai. Šis modelis remiasi šiomis dujų savybėmis:

• molekulių dydis yra didesnis už atstumą tarp molekulių;
• molekulės yra apvalios rutuliai;
• Molekulės atsitraukia viena nuo kitos ir nuo laivo sienelių tik po susidūrimo. Susidūrimai yra visiškai elastingi;
• molekulės judėti pagal Niutono įstatymus.

Yra keletas idealiųjų dujų rūšių:

• klasikinis;
• kvantas (laikomas idealiaisiais dujomis sąlygomis, mažinančiomis temperatūrą ir didinant atstumą tarp molekulių);
• gravitaciniame lauke (jis svarsto idealiųjų dujų savybių pokyčius gravitaciniame lauke).

Žemiau aptarsime klasikines idealias dujas.

Kaip nustatyti idealių dujų slėgį?

Pagrindinė visų idealiųjų dujų priklausomybė yra išreikšta naudojant Mendelejevo-Clapeyrono lygtį.

PV = (m / M) • RT [Formula 1]

kur:

• P yra slėgis. Matavimo vienetas - Pa (Pascal)
• R = 8,314 yra universali dujų konstanta. Matavimo vienetas yra (J / mol • K)
• T yra temperatūra
• V yra tomas
• m - dujų masė
• M yra dujų molinė masė. Matavimo vienetas yra (g / mol).

P = nkT [Formula 2]

Formulė 2 rodo, kad idealiųjų dujų slėgis priklauso nuo molekulių koncentracijos ir temperatūros. Jei mes atsižvelgiame į idealiųjų dujų ypatumus, n bus nustatoma pagal formulę:

n = mNa / MV [Formula 3]

kur:

• N yra molekulių skaičius indas
• N_a - nuolatinis Avogadro

Pakeičiant 3 formulę 2 formulėje, gauname:

• PV = (m / M) Na kT [Formulė 4]
• k * N_a = R [Formulė 5]

Nuolatinis R yra už vieną moliui dujų už tokią pačią Mendelejevo-Clapeyron pastovios (įsiminti: esant pastoviam slėgiui ir temperatūrai 1 mol įvairių dujų užima tokį patį tūrį).

Dabar mes gauname slėgio lygtį idealioms dujoms

m / M = ν [Formula 6]

• kur ν - medžiagos kiekis. Matavimo vienetas yra molis

Gavome idealiųjų dujų slėgio lygtį, formulė pateikiama žemiau:

P = νRT / V [Formula 7]

• kur P yra slėgis. Matavimo vienetas - Pa (Pascal)
• R = 8,314 yra universali dujų konstanta. Matavimo vienetas yra (J / mol • K)
• T yra temperatūra
• V yra tomas.

Kaip bus keičiamas idealus dujų slėgis?

Analizuojant lygybę 7, matome, kad idealiųjų dujų slėgis yra proporcingas temperatūros pokyčiui ir koncentracijai.

Idealiųjų dujų būklėje įmanoma atlikti visus parametrus, nuo kurių priklauso, ir kai kurie iš jų gali pasikeisti. Paimkime labiausiai tikėtinas situacijas:

• Izoterminis procesas. Šis procesas būdingas tuo, kad temperatūra joje bus pastovi (T = const). Jei pakeičiame pastovią temperatūrą 1 lygtyje, matome, kad produkto P * V vertė taip pat bus pastovi.
  • PV = const [Formula 8]

8 lygtis rodo santykį tarp apimtiesdujos ir jos slėgis pastovioje temperatūroje. Šią lygtį 17-ajame amžiuje atrado fizikai Robert Boyle ir Edm Mariott. Lygtis buvo nurodyta jų garbei pagal Boyle-Mariott įstatymą.

• Asochorinis procesas. Šiame procese tūrio, dujų masė ir jos molinė masė išlieka pastovi. V = const, m = const, M = const. Taigi, mes gauname idealių dujų slėgį. Formulė yra parodyta žemiau:
  • P = P₀AT [Formula 9]
  • Kur: P yra dujų slėgis absoliučioje temperatūroje,
  • P₀ - dujų slėgis 273 ° K (0 ° C) temperatūroje,
  • A yra slėgio temperatūros koeficientas. A = (1 / 273,15) K^-1

Šią priklausomybę XIX amžiuje atrado eksperimentinis fizikas Charlesas. Todėl lygtis yra jo kūrėjo pavadinimas - Charleso įstatymas.

Isochorinis procesas gali būti stebimas, jei dujos kaitinamos pastoviu tūriu.

• Isobarinis procesas. Šio proceso metu slėgis, dujų masė ir jo molinė masė yra pastovios. P = const, m = const, M = const. Izobarinio proceso lygtis yra tokia:
  • V / T = const arba V = V₀AT [Formula 10]
  • kur: V₀ - dujų tūris 273 ° K (0 ° C) temperatūroje;
  • A = (1 / 273,15) K^-1.

Šioje formulėje koeficientas A veikia kaip temperatūros koeficientas dujų tūris.

Šią priklausomybę XIX amžiuje atrado fizikas Juozapas Gėjus-Lussakas. Štai kodėl ši lygybė turi savo vardą - Guy-Lussac įstatymą.

Jei paimame stiklinę kolbą, prijungtą prie vamzdžio, kurio anga yra padengta skysčiu, ir šildant struktūrą, mes galime stebėti izobarinį procesą.

Verta paminėti, kad oras kambario temperatūroje turi savybes, panašias į idealus dujas.