2014-02-02
1622
VI-Тарау. МКТ теориясы. Идеал газ
Заттың 3 күйінің ішіндегі оқып білуге ең қарапайым газ тәрізді күй болып табылады. Oның ерекшeлігі молекулалары сансыз соқтығыса отырып үздіксіз әр алуан түрлі қозғалыса болады.
Молекулалардың осы ерекшеліктерінің негізінде газ қасиеттерінің зерттейтін теорины молекулалық кинетикалық теория д.а
МКТ негізгі мақсаты жүйенің макро және микро норометрлерінің арасындағы тәуелділікті тағайындау болып табылады. Ол үшін қарапайым модуль таңдап алыңдар әдетте оған идеал газ жатады. Газдың жеке молекулаларының жай күйін есепке алуға келмейтін көптеген себептерге тәуелді болады.
Газдарды түсіну үшін газдың молекулалық модуліне тең және бізге белгілі қасиетін атап өтейік.
1. Газ бөлінген барлық көлемді алып
2. Ол оңай созылады.
3. Диффузия нәтижесінде газ тығыздығы барлық көлем бойынша тұрақты болады.
4. Газ өте қозғалғыш және бір-бірімен оңай және тең араласады.
5. Беріген темперетурада газ молекулалары белгілі тыл-қбайланыста үлестіріледі.
6. Газдың батырылған денеге түсіретін қысым барлық жағында бірдей. Газ сөзін ғылымдар ойлап, ал гректің «кауос» деген сөзінен туындаған.
26. Газдардың молекулалы-кинетикалық теориясының негізгі теңдеуі.
Газ қысымы осы күштің қабырға ауданына қатынасына тең.
Газ қысымы -өте кө молекулалардың күйін сипаттайтын макроскопиялық шама.
Ішінде идеал газ бар куб пішіндес ыдыс қырының ұзындығы L болсын, сонда молекулаларының концентрациясы
Мұндағы N- молекулалардың жалпы саны, V-ыдыс көлемі
Қойылған мәселені қарапайым жолмен шешу үшін төмендегідей брқаар ұйармдар енгізелік.
1. Барлық молекулалардың массасы бірдей
2. Ыдыстар бір аа зат бар, яғни молекулалар бір тектес
3. Барлық молекулалардың жыдамдықтарының мәні бірдей
4. Газдағы барлық бағыттар тең құқылы және молекулалар тек өзара перпендикуяр үш бағыттың бойымен ғана қозғалады.
5. Кез-келген уақыт мезетіндегі осы үш бағыттың әрқайсысының бойымен бірмезетте молекулалар қозғалатын болады, ал оардың жартысы
6. Газ молекулалары кубтың бір жағынан екінші жағына қарай қозғаланда бір-бірімен соқтығыспайды. Олардың қабырғаларымен соқтығысы абсолют серпімді
Ох осі бойымен кубтың сол жақ қабырғасынан оң жақ қабырғасына және кері ұшатын бір молекуланың қозғалысын қарастырайық
а. Молекуланың соқтығысуынан қабырғаға беретін импульсін табайық. Ох осі бойымен қабырғамен соқтығысқан а дейінгі молекула импульсін -ға тең. Оның қабырғаға серпімді соқтығыстан кейін импульс таңбасы өзгереді, яғни
Молекула импульсінің өзгерісі импульс пен алдыңғы импульстің айырымна тең.
27. Темперетура. Тесперетураны өлшеу. Абсолют темперетура.
Темперетураның физикалық мағынасын анытауға мынадай негіз бола аады. Күнделікті тәжірибелер мен бақылаулар әр түрлі қыздырылған екі дене түйіскенде энергиялармен алмасатындығын және денелердің физикалық параметрлерінде де өзерістер болатындығын көрсетеді.
Қаттырақ қыздырылған дене шамалы қыздырылған денемен түйіскенде, энергияның беріу процесі және бірқатар физикалық параметрлер өзгерісінің ілесе жүруі жылу берілу деп аталады.
Егер А және В екі дененің әрқайсысы термометр деп аталатын С денесімен жылулық тепе-теңдік күйде болса, онда олардың темперетуралары бірдей. Термометр - бұл темперетурасы өлшенуге тиіс екіншісі денемен жылулық түйісетін дене. Дене мен термометр арасында жылу беру процесі жүзеге асырылады.
Күнделікі тұрмыста кең қолданылатын сұйық термометрлерде біз 1742 жыы швед физигі Цельсийдің енгізген шкласын пайдаланамыз.
Физикада терияық зерттеулер үшін темперетуралардың термодинамикалық шкаласы немесе абсолют темперетуралық шкала деп аталатын шкала пайдаланылады. Алғаш рет мұндай шкаланы 1848 жылы ағылшын физигі Уилям Томсон ұсынды, бұл шкала кейде оның атымен кельвин каласы депте аталады. Осы шклада нлдік нүкте үшін молекулалардың жылулық қозғалысын болматындай темперетура алынады. Бұл темперетураны абсолют нөл деп атайды.
Абсолют шкала бойынша нөл (абсолют нөл) мынаған тең
28. Термометрлердің жасау тарихы.
Жылулық күй, яғни денелрдің темперетурас туралы ертеде ғалымдар тікелей түйсіну бойынша төрелік айтты. ІІ ғасырда өмір сүрген емші Гален дәрі –дәрмектердің әсерінен градустарға жіктеледі: жылу графигі, суық градусы, ылғалдық градусы, құрғақтық градусы.
Темперетура лат: ``temperature`` - «қоспа» дегенді білдіреді.
Үйкеіс арқылы қатты денелерде жылыту үсінде жылудың сандық өлшемін енізуге алғаш рет талпыныс жасаған итальян ғаымы Галилей Ол 1597 жылы жылу өзгерісін бақылау үшін термоскоп деп атаатын бірінші аспапты жасады.
1936 жылы Каспар Эненнің «математикалық таңғажайып жасампаздық» деген ітабында темперетуралардың сегіз градустық шкаласы сипатталып жазылған. Мұнда ең алғаш рет «термометр» сөзі пайда болды.
1701 жылы И.Ньютонның «жылу мен сұйық дәрежелерінің шкаласы туралы» еңбегі жарық көрді, онда ертедегі дәрігерлердің он екі градустық шкаласына ұқсас шкала сипатталынып жазылады.
Фарингейт пен Цельский шкаласы бойынша темперетуралар арасындағы қатынас мынадай
Мұндағы t – цельский шкаласы, tF- фаренгейт шкаласы бойынша алынған темперетуралар.
29. Темперетуралық молекулалы –кинетикалық мағынасы.
Оңай өлшенетін макроскопиялық параметр р газ қысымы, бір-біріне тәуелсіз екі макроскопиялық газ параметріне: молекулалар концентрациясы мен молекулалардың орташа кинетикалық энергиясына -ге пропорционал екендігін Клаузис теңдеуінен білеміз, яғни
Егер газ жабық ыдыста тұрса, онда газ көлемі яғни оның молекулаларының концентрациясы өзгермейді.
Дене темперетурасы неғұрлым жоғары боса, оның молекулалары соғұрлым шапшаң қозғалады және олардың кинетикалық энергиясына да соғұрлым жоғары болады.
Денелердің жанасуы кеінде осы екі ама теңеседі, сғни (сипаттайды) жылулық тепе-теңдік орнайды. Олай болса, идеа гадың темперетурасы мен молекулалардың орташа кинетикалық эенргиялары арасында төмендегідей сандық байланысы бар.
Молекулалардың орташа кинеикалық энергисы газдың абсолют темперетурасына тура пропорционал. Өрнекегі пропорционалдық тәуелділікті теңдік түрінде жазу үшін өлшемдік коэфициентін енгізеді сонда
к коэфициентті больман тұрақтысы деп аталады.
Әр түрлі тәжірибелерден әдістердің көмегімен Больман тұрақтысын сандық мәні анықталған болатын
Егер гадың молекулалы-кинетикалық теорисының негізгі теңдеуіне мәнін қойсақ, онда газ қысымы үшін мына формуланы аламыз.
30. Изопроцестер. Изотермалық процесс
p. V және Т Шамаларын байланыстыратын математикалық өрнек күй теңдеуі деп аталады.
Үшінші параметрдің мәні өзгермейтін әрі газдың массасы тұрақты болғанда қалған екі параметрдің арасындағы сандық тәуелділік газ заңдары деп аталады.
Тұрақты темперетурада термодинамикалық жүйе күйінің өзгеру процесі изотермалық процесс деп аталады.
Тұрақты темперетура кезінде берілген массадағы газ қысымы оның көлеміне кері пропорционал өзгереді. Яғни
Алынған өрнек Бойль-Мариотт заңының математикалық жазылуы болып табылады ды былайша оқылады:
Тұрақты темперетура кезінде берілген газ массасы үшін газ қысымының оның көлеміне көбейтіндісі тұраты щама болады.
Тұрақты темперетура кезінде газ қысымының көлемге тәуелді түрде өзгеру процесін графикалы түрде изотерма деп аталатын қисық сызық көмегімен кескіндейді.
Көлем мен қысым иотермалық процесс кезінде өзара кері пропорционал өзгеретіндіктен, мұндай изотерма Шпербала деп аталады.
31. Изобаралық және изотермалық процесстер
Тұрақты қысымда термодинамикалық жүе күйінің өзгеру процесін изобаралық процесс д.а.
Isos- тең, baros-ауырлық салмақ деген грек сөздер. Трақты қысым кезінде берілген массадағы газ көлемі темперетура сызықтық байланыса өзгереді.
Мұндағы t- цельский шкаласы бойынша алынған темперетура, Vo- газдың 0оС кезіндегі көлемі,V- газдың t темперетура кеіндегі көлемі, а – газ көлем жылулық ұлғаю коэфициенті
Кельвин шкаласын қолдана отырып, Гей-Люссак заңын басқа түрде жазуға болады.
– абсолют темперетурасы, ал
Болғандықтан
Тұрақты қысымдағы және тұрақты массадағы әр үрлі күйдегі газ көлемдерінің қатынасы сол күйлердегі абсолют темперетуралардың атынасына тең екендігі шығады, яғни
Көлем тұрақты болғанда темперетураның өгеруінен туындайтын газ қысымының өзгеру процесін изохоралық деп атайды.
Көлем тұрақты болған кезде газ қысымының темперетураға тәуелділігін тәжірибе жүзінде алғаш рет 1787 жылы француз физигі Ж.шарль (1746-1823) тағайындады.
Көлем тұрақты болғанда, газдың берілген массасының қысымы темперетураға қатысты сызықтық түрде өгереді. Шарль заңының математикалық өрнегі мынадай:
Шарль заңын мына түрде өрнектеуге болатынына өздерің көз жеткізіңдер
Көлем тұрақты болғанда, газдың берілген массадағы қысымы абсолют темперетураға тура пропорционал
32. Идеал газ күйінің теңдеуі.
Газдың берілген тұрақты массадағы күйін сипаттайтын барлық p. V және Т үш параметірін байланыстыратын теңдеуі идеал газ күйінің теңдеуі д.а
Болғанда
Идеал газ күйінің теңдеуі оны 1834 жылы тағайындаған француз ғалымының есіміне сәйкес Клапайрон теңдеуі деп аталады.
Клапейрон теңдеуіндегі сандық тұрақты нее тең екендігін анықтайық. 1 моь мөлшеріндегі газ көлемін арқылы белгілейік. 0оС темперетура мен 10 135 Па алыпты амосфералық қысымдағы кез келген газ молінің көлемі мынаған тең.
Сонда кез келген газдың бір моль үшін
Газдың бір моль үшін қысымның көлемге көбейтіндісінің абсолют темперетураға атынасы барық газдар үшін тұрақты шама, оны әмбебап газ тұрақтысы деп атап R әрпімен белгілейді
Клапейрон теңдеуін газдың бір моль үшін мына түрде жазуға болады.
Теңдеудің екі жағын да мольдердің кез келген санына көбейтейік мұндағы m -газ массасы. М-молярлық масса. Қысым мен темперетураның сол бір мәндерінде Vm мол үшін көлемі екендігін біле отырып, төмендегідей өрнекті аламыз
