Fizikai alkalmassági osztály 1
7. Ideális gáz. Az ideális gáz MKT alapegyenlete. Hőmérséklet és mérése. Abszolút hőmérséklet
Az ideális gázmodell az anyag tulajdonságainak magyarázata gázállapotban. A gáz akkor tekinthető ideálisnak, ha: a) nincsenek vonzó erők a molekulák között, vagyis a molekulák úgy viselkednek, mint az abszolút rugalmas testek; b) a gáz nagyon ritka, vagyis a molekulák közötti távolság sokkal nagyobb, mint maguk a molekulák dimenziói; c) a teljes térfogat termikus egyensúlya azonnal elérhetõ. A valódi gáznak az ideális tulajdonságok megszerzéséhez szükséges feltételek a valós gáz megfelelő ritkításában valósulnak meg. Néhány gáz - akár szobahőmérsékleten, akár légköri nyomáson - kevéssé különbözik az ideális gázoktól. Az ideális gáz fő paraméterei a nyomás, a térfogat és a hőmérséklet.
Az MKT egyik első és fontos sikere az edény falainak gáznyomásának minőségi és mennyiségi magyarázata volt. Minőségi magyarázat, hogy a gázmolekulák kölcsönhatásba lépnek velük a mechanika törvényeivel összhangban, rugalmas testként és átadják impulzusaikat a hajó falainak a hajó falainak ütközésével.
Alapján használati iránymutatások molekuláris kinetikai elmélet alapegyenletének MKT ideális gázt kapunk, amely a következő: ahol - ideális gáz nyomása, - a tömeg a molekula - molekuláris koncentrációja, - átlagos négyzetes molekulák sebessége. Ha egy fantasztikus helyzetet képzünk el, amelyben ismerjük az összes molekula sebességét és az egységnyi térfogatot, akkor kiszámíthatjuk a képlet szerint
Az érték lehetővé teszi számunkra, hogy bemutassuk az ideális gáz molekuláinak transzlációs mozgásának kinetikus energiájának fogalmát. Ezután az ideális gáz MKT alapegyenletét a következő formában lehet leírni:.
Azonban csak mérésével a gáznyomás, lehetetlen uanat audio középértéke kinetikus energia az egyes molekulák, sem azok koncentrációjától. Következésképpen a megállapítás mikroszkopikus paraméterek mérése gáz szüksége még mindig tele van a fizikai mennyiség kapcsolódó átlagos kinetikus energiája molekulákat. Ez a hőmérséklet. Hőmérséklet - skalár fizikai mennyiség leíró termodinamikai egyensúlyban (olyan állapot, amelyben nincs változás következik be a mikroszkopikus paraméterek). Mivel a hőmérséklet a termodinamikai mennyiség jellemzi a termikus állapotát a rendszer mérjük, és ennek mértékét a eltérése nullától a kapott molekuláris kinetikai érték, - jellemzi az intenzitása a véletlenszerű mozgás molekulák által mért átlagos kinetikus energia: ahol és az úgynevezett Boltzmann állandó.
Az elszigetelt egyensúlyi rendszer összes része hőmérséklete ugyanaz. A hőmérsékletet hőmérőkkel mérik különböző hőmérsékleti fokozatokban. Van egy abszolút termodinamikai skála (a Kelvin skála) és különböző empirikus skálák, amelyek a kezdeti pontokban különböznek egymástól. A bevezetése előtt az abszolút hőmérsékleti skála a gyakorlatban elterjedt Celsius skála (° C O elfogadott a víz fagyáspontja, 100 ° C-on vízzel forráspontja elfogadott normál légköri nyomáson).
Egység hőmérséklet az abszolút skálán az úgynevezett Kelvin és a választott egyenlő egy Celsius fok K 1 = 1 ° C-on A nulla fok Kelvin számára elfogadott abszolút nulla hőmérséklet, azaz. E. A hőmérséklet, amelynél az ideális gáz nyomását állandó térfogat nulla. A számítások azt eredményezik, hogy a hőmérséklet abszolút nulla értéke -273 ° C. Így, illetve a hőmérséklet és abszolút skálán Celsius skála van kapcsolat a T = t ° C + 273 elérhetetlen abszolút nulla hőmérséklet, mivel bármely hűtést alapul párolgása molekulák a felületről, és amikor közeledik abszolút nulla transzlációs sebessége lelassul molekulák úgy, hogy a párolgás gyakorlatilag megszűnik. Elméletileg nulla transzlációs molekulák sebessége egyenlő nullával, vagyis a a molekulák termikus mozgása megszűnik.
1. Az ideális és a valódi gázok közötti különbséget nem mindig magyarázzák meg pontosan. Volt például az ilyen válaszok: "Az ideális gáz valódi gáz szennyeződés nélkül", "Az ideális gáz egy igazi gáz alacsony hőmérsékleten" stb.
Az "ideális" szó azt jelenti: "képzeletbeli, nem valós". Az igazi gáz különbözik az ideálisaktól a molekulák kölcsönhatásának jelenlétével. Kis sűrűségben gravitációs erők uralkodnak benne, ami további nyomás megjelenéséhez vezet: a gáz ugyanolyan tömörödik. Magas sűrűség esetén a visszataszító erők járnak, ami azt jelenti, hogy a molekula nem enged meg más molekuláknak az általa elfoglalt térfogatba való behatolását. Lehetetlen elhanyagolni a valódi gáz molekuláinak belső térfogatát.
Ha a nyomás nem túl magas (például atmoszferikus nyomáson), és nem túl alacsony a hőmérséklet (például szobahőmérsékleten), akkor az igazi gáz kielégíti az ideális gáz törvényeit megfelelő pontossággal.