«физика» ПӘні бойынша оқУ-Әдістемелік кешен 050113 – «Биология» мамандығы үшін
Идеал газдың молекулалық –кинетикалық ілімі
жүктеу/скачать 0,68 Mb.
|
| Идеал газдың молекулалық –кинетикалық ілімі.
Дененiң үш агрегаттық жағдайының ең қарапайымы — газ күйi. Молекулалар арасындағы әсер күшi өте аз. Газ молекулаларын материалдық нүкте деп қарастырамыз. Сонда газ молекулалары еркiн молекулалар болады да, белгiлi бiр қысқа уақыт аралығында бiрқалыпты түзу сызық бойымен қозғалады. Бiр-бiрiмен өзара байланысы жоқ материалдық нүктелердiң қасиеттерiндей қасиетi бар газ моделiн идеал газ деп атайды. Молекулалар тәртiпсiз қозғалыс жасай отырып, өздерiнiң бағытын өзгертедi. Молекулалар арасындағы күштер соғылысу кезiнде әсер етедi. Сондықтан ол күштер серпiмдi тебiлу күштерi деп аталады. Молекулалардың өзара соқтығысы газдың күйiне, жылдамдық бойынша таралуына әсер етедi. Максвелдiң молекулалардың жылдамдықтар бойынша таралу заңы молекулалардың өте үлкен сандары үшiн барлық уақытта орындалады. Газ молекулалары жоғарғы қысымда бiр-бiрiмен өте жиi соқтығысады. Әрбiр соқтығысу кезiнде молекулалардың қозғалыс бағыты өзгередi Газдың кинетикалық теориясының негiзгi теңдеуi. Газдардың кинетикалық теориясының негiзгi теңдеуi молекулалық-кинетикалық теорияда ерекше орын алады. Бұл теңдеудiң көмегiмен газ заңдарын, молекулалардың энергиясы, температурасының қатынасын т.б. анықтауға болады. Молекулалардың өзара соқтығысуы олардың жылдамдық және энергия бойынша таралуын тудырады да, ыдыс қабырғасына түсiретiн қысымына әсер етпейдi. (29) мұндағы c — молекуланың орташа квадраттық жылдамдығы. (29) теңдеу газдардың кинетикалық теориясының негiзгi теңдеуi деп аталады: газ қысымының көлемiне көбейтiндiсi молекулалар саны мен массасының орташа квадраттық жылдамдығының көбейтiндiлерiнiң үштен бiрiне тең. Бұл теңдеудi түрлендiрiп былай жазуға болады: (30) мұндағы E=Nε — молекулалардың iлгерiлемелi қозғалысының кинетикалық энергиясы. Сонымен, газ қысымының көлемiне көбейтiндiсi молекулалардың iлгерiлемелi қозғалысының кинетикалық энергиясының екiден үш бөлiгiне тең. Газдың кинетикалық теориясының негiзгi теңдеуiнен идеал газ заңдарын шығаруға болады. Бойль-Мариотт заңы: Газдың берiлген массасы үшiн оның қысымының көлемге көбейтiндiсi берiлген температурада тұрақты шама. Бұл тұжырымдаманы Бойль-Мариотт заңы дейдi, ал тұрақты температурадағы процестi изотермалық процесс деп атайды. PV =тұрақты. (31) Гей-Люссак заңы: Тұрақты қысымда газдың берiлген массасы көлемiнiң температураға сызықтық байланыстылығын көрсетедi. αtº) (32) Бұл теңдеулер tºC — Цельсии шкаласы бойынша алынған, - 0º кезiндегi көлем, - 0ºС кезiндегi қысым α коэффициентi 1/273.15 шамасына тең. Тұрақты қысым кезiнде өтетiн процесс изобаралық процесс деп аталады. (32/) Қысым тұрақты болғанда газдың көлемi абсолют температураға тура пропорционал, бұл заңдылықты Гей-Люссак заңы дейдi. Шарль заңы: Тұрақты көлемде өтетiн процесс изохоралық процесс деп аталады. 0К-ге тең температура абсолют ноль деп аталады, оған — 273,15 К мәнi сәйкес келедi. P=αPT (33) Соңғы теңдеуден: (V=тұрақты) (33/) екендiгi шығады. Идеал газдардың универсалды теңдеуi. Газ күйiнiң негiзгi параметрлерiн байланыстыратын теңдеудi газ күйiнiң теңдеуi деп атайды. Газ күйiнiң негiзгi парметрлерi болып қөлем, қысым және температура есептеледi. Идеал газ күйiнiң универсалды теңдеуi немесе Клапейрон-Менделеев теңдеуi газ күйiнiң бiрiккен заңынан табылады. Бiрiктiрiлген заң газдың кез келген күйi үшiн, сонымен бiрге температурасы 0ºC-де, қысымы бiр атмосфера көлемдегi газ үшiн де дұрыс. Газдың бұл күйiн қалыпты жағдайдағы күйi деп атайды. (34) Кез келген 1 моль газдың 0ºС температурада және атмосфералық қысымдағы көлемi 22,41 литрге тең. Олай болса, теңдеудiң оң жақ бөлiгi барлық газдар үшiн тұрақты шама. Бұл универсалды газ тұрақтысы R әрпiмен белгiленедi де, (9) теңдеуi мына түрде жазылады: PV=RT. (35) Молекулалық массасы μ -ге тең кез келген газдың m массасын қарастыратын болсақ, онда моль саны -ге тең болады да, Клапейрон-Менделеев теңдеуi мына түрде жазылады: PV= RT (35/) Газдың бiр молiнiң қалыпты жағдайлардағы көлемi 22,4 л/моль. Газдың универсал тұрақтысының мәнi мына түрде анықталады: R=8,31·10=0,0820=8,31·10 Идеал газдың универсалды күй теңдеуiнен Бойль-Мариот, Гей-Люссак, Шарль заңдарын шығарып алуға болады. Идеал газдың температурасы, оның басқа параметрлерiнiң арасындағы қарапайым байланыс оны термометриялық шама есебiнде пайдалануға мүмкiндiк бередi. Молекуланың кинетикалық энергиясы. Больцман тұрақтысы. Молекуланың iлгерiлемелi қозғалысының кинетикалық энергиясы: ε (36) мұндағы i — молекуланың еркiндiк дәрежесiнiң саны, c — молекуланың орташа квадраттық жылдамдығы. Газ молекулаларының санын N десек, iшкi энергиясы: U=NkT. (37) Бiр моль газ үшiн: (37/) Осы энергияны 1 моль идеал газдың iшкi энергиясы деп атайды. Энергия бiрлiгi мен температура бiрлiгi — Кельвин арасындағы қатынасты өрнектейтiн k көбейткiшi — Больцман тұрақтысы деп аталады. Оның сандық мәнi СИ бiрлiктер жүйесiнде: k=1.380662· 10 Дж/К т ең. 1К температураға 1.38· 10 Дж энергия сәйкес келеді. жүктеу/скачать 0,68 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|