Тема 2. Основные законы идеального газа

Занятие №3,4

Понятие идеального газа.

Различают идеальные и реальные газы. Любой газ (и. или р.) можно рассматривать состоящим из мельчайших частиц (молекул), которые находятся в тепловом движении. Силы взаимодействия между молекулами газа невелики и, поэтому, мы знаем, что обычно, окружающие нас газы, занимают весь предоставленный им объем. Газ, для которого можно пренебречь размерами молекул и силами взаимодействия между ними наз. идеальным газом. Большинство окружающих нас газов при умеренных температурах и давлениях ведут себя как газы идеальные. Исключением являются пары жидкостей, которые и относятся к реальным газам. Как следует из приведенного выше определения, для реального газа нельзя пренебрегать размерами молекул и силами взаимодействия между ними.

Для объяснения свойств вещества в газообразном состоянии используется модель идеального газа. Идеальным принято считать газ, если:

а) между молекулами отсутствуют силы притяжения, т. е. молекулы ведут себя как абсолютно упругие тела;

б) газ очень, разрежен, т. е. расстояние между молекулами намного больше размеров самих молекул;

в) тепловое равновесие по всему объему достигается мгновенно.

Слово «идеальный» означает «воображаемый, реально не существующий».

При не слишком высоком давлении (например, при атмосферном) и не слишком низкой температуре (например, при комнатной) реальный газ с достаточной степенью точности подчиняется законам идеального газа.

Условия, необходимые для того, чтобы реальный газ обрел свойства идеального, осуществляются при соответствующем разрежении реального газа. Некоторые газы даже при комнатной температуре и атмосферном давлении слабо отличаются от идеальных. Основными параметрами идеального газа являются давление, объем и температура.

Реальный разреженный газ приблизительно ведет себя как идеальный газ.

Идеальный газ -это модель реального газа, взаимодействие между молекулами которого пренебрежительно мало. Поэтому его можно не учитывать. А в реальном газе взаимодействие между частицами играет довольно большую роль, и поэтому не всегда можно применять уравнения, полученные для идеального газа, к процессам, происходящим с реальным газом. Отличие свойств реального газа от свойств идеального становится особенно значительным при высоких давлениях и низких температура

Уравнениесостояния идеальногогаза (иногда уравнение Клапейрона или уравнение Менделеева — Клапейрона) — формула, устанавливающая зависимость между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой идеального газа. Уравнение имеет вид:

где — давление,

— молярный объём,

— абсолютная температура,К.

— универсальная газовая постоянная, R ₀ ≈ 8,314 кДж/(кмоль·K). Это величина, постоянная для всех газов при нормальных физических условиях, она не зависит от химического состава газа. Удельная газовая постоянная (R/M) для сухого воздуха: ^Дж⁄_(кг∙К) Универсальная газовая постоянная связывает объем, давление и температуру для одного моля любого вещества. дж/(моль*К), а удельная газовая постоянная связывает те же величины для единицы массы конкретного вещества. дж/(кг*К) или граммы. удельная газовая постоянная = (универсальной газовой постоянной)/(молярная масса газа)

Так как , где — количество вещества (моль), а , где — масса, — молярная масса (масса одного моля), уравнение состояния можно записать:

Эта форма записи носит имя уравнения (закона) Менделеева — Клапейрона.

В случае постоянной массы газа уравнение можно записать в виде:

Последнее уравнение называют объединённым газовым законом. Из него получаются законы Бойля — Мариотта, Гей-Люссака и Шарля.

1. Закон Шарля. V = P/Т=const.

При постоянном объёме и неизменных значениях массы газа и его молярной массы, отношение давления газа к его абсолютной температуре остаётся постоянным: P/Т= const.

2. Закон Гей-Люссака. Р = V/Т=const.

При постоянном давлении и неизменных значениях массы и газа и его молярной массы, отношение объёма газа к его абсолютной температуре остаётся постоянным: V/T = const.

3. Закон Бойля – Мариотта. T =P V= const.

При постоянной температуре и неизменных значениях массы газа и его молярной массы, произведение объёма газа на его давление остаётся постоянным: PV = const.

4. Закон Авогадро. При одинаковых давлениях и одинаковых температурах, в равных объёмах различных идеальных газов содержится одинаковое число молекул. В одном моле различных веществ содержится N_A=6,02·10²³молекул (число Авогадро).