Тема 2.3. «Уравнение состояния идеального газа»

Содержание учебного материала: «Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы. Газовые законы.»

Цели.

Учебные:

Сформировать специальные знания, умения и навыки по заданной теме.

Раскрыть сущность уравнения Менделеева – Клайперона, изопроцессов и газовых законов.

Научить строить графики изопроцессов.

Научить применять газовые законы при решении практических и графических задач.

Воспитательные:

Воспитывать трудолюбие, интерес к предмету, внимательность и наблюдательность.

Прививать навыки работы в должном темпе, развивать инициативу, уверенность в своих силах.

Повысить интерес обучающихся к изучаемому материалу путем разнообразия форм проведения уроков.

Развивающие:

Развивать познавательные способности обучающихся.

Активизировать исследовательские способности.

Расширять их кругозор, исследовательское мышление.

Уметь применять полученные теоретические знания на практике.

Развить умения слушать, анализировать, чётко аргументировать, излагать и отстаивать своё мнение.

Оборудование: манометр, термометр, весы, нагреватель, ёмкость для нагревания жидкости, градуированный сосуд, секундомер, измерительная лента.

Берём формулу и подставляем в неё . Получаем:

p = nkT.

Вспомним теперь, что          _A, где ν — число молей газа:

,

откуда

pV = νRT.                                                                        (3)

Соотношение (3) называется уравнением Менделеева — Клапейрона. Оно даёт взаимосвязь трёх важнейших макроскопических параметров, описывающих состояние идеального газа — давления, объёма и температуры. Поэтому уравнение Менделеева — Клапейрона называется ещё уравнением состояния идеального газа.

Учитывая, что , где m — масса газа, получим другую форму уравнения Менделеева — Клапейрона:

                                                                   (4)

Есть ещё один полезный вариант этого уравнения. Поделим обе части на V:

Но — плотность газа. Отсюда

                                                                       (5)

В задачах по физике активно используются все три формы записи (3)—(5).

На протяжении этого раздела мы будем придерживаться следующего предположения: масса и химический состав газа остаются неизменными. Иными словами, мы считаем, что:

m = const, то есть нет утечки газа из сосуда или, наоборот, притока газа в сосуд;

µ = const, то есть частицы газа не испытывают каких-либо изменений (скажем, отсутствует диссоциация — распад молекул на атомы).

Эти два условия выполняются в очень многих физически интересных ситуациях (например, в простых моделях тепловых двигателей) и потому вполне заслуживают отдельного рассмотрения.

Если масса газа и его молярная масса фиксированы, то состояние газа определяется тремя макроскопическими параметрами: давлением, объёмом и температурой. Эти параметры связаны друг с другом уравнением состояния (уравнением Менделеева — Клапейрона).