Идеальные газы и их смеси

Идеальными газами (ИГ) называют такие, которые полностью подчиняются законам Бойля-Мариотта и Гей-Люссака. В идеальных газах отсутствуют силы взаимного притяжения и отталкивания между молекулами, а объем самих молекул пренебрежимо мал по сравнению с объемом газа. Состояние идеального газа – это предельное состояние реального газа, когда давление стремится к нулю ().

Введение понятия об идеальном газе позволило составить простые математические зависимости между величинами, характеризующими состояние тела, и на основе законов для ИГ создать стройную теорию ТДП.

Закон Бойля – Мариотта (английский физик 1664 г. – французский химик 1676 г.) гласит: при постоянной температуре объем, занимаемый идеальным газом, изменяется обратно пропорционально его давлению:

                                                      (10)

или при постоянной температуре

Закон Гей-Люссака (французский физик 1803 г.) устанавливает зависимость между удельным объемом  и абсолютной температурой T. Закон гласит: при постоянном давлении объемы одного и того же количества идеального газа изменяются прямо пропорционально абсолютным температурам:

                                            (11)

Совместное применение этих законов к произвольному процессу дает уравнение состояния идеального газа:

.                                                         (12)

При умножении обеих частей уравнения (12) на массу газа (М, кг) получаем:

PV=MRT                                                             (13)

где R – удельная газовая постоянная, .

Уравнения (12) и (13) называются уравнениями Клапейрона. С достаточной для практики точностью их можно применять и для реальных газов, имеющих низкое давление и высокую температуру.

Умножив обе части уравнения (13) на молярную массу газа (, ) получим уравнение Клапейрона – Менделеева:

.                                                       (14)

Величина  носит название универсальной газовой постоянной:

.

Газовые смеси

В качестве рабочего тела тепловых двигателей и установок часто используются смеси различных газов.

Под газовой смесью понимается смесь отдельных газов, не вступающих между собой ни в какие химические реакции. Каждый компонент газовой смеси полностью сохраняет все свои свойства и ведет себя так, как если бы он один занимал весь объем смеси.

Газовая смесь ИГ подчиняется закону Дальтона – общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений отдельных газов, составляющих смесь:

                                           (15)