Gaz doskonały
| Opis makroskopowy (fenomenologiczny)
|
Opis mikroskopowy lub kinetyczno-molekularny
|
Gaz
spełniający łącznie prawa Boyle'a-Mariotte'a, Gay-Lussaca i Charlesa,
czyli gaz, dla którego możemy zapisać zależność:
Definicja ta określa
związek pomiędzy parametrami
termodynamicznymi gazu. Jest to tzw. równanie
stanu gazu doskonałego.
|
Gaz
doskonały to
zespół cząsteczek o szczególnych własnościach:
- Cząsteczki
traktować można jak punkty
materialne. Łączna objętość wszystkich cząsteczek gazu jest, więc
pomijalnie mała.
- Odległości
pomiędzy sąsiednimi cząsteczkami są względnie duże.
- Cząsteczki
gazu mają identyczną masę.
- Cząsteczki
podlegają prawom mechaniki Newtona.
- Całkowita
liczba cząsteczek jest bardzo duża.
- Cząsteczki
poruszają się
chaotycznie we wszystkich kierunkach, zderzają się ze ściankami
naczynia i ze sobą nawzajem; o zachowaniu gazu w skali makro decydują
średnie wartości całego zespołu.
- Cząsteczki
zdarzają się ze sobą sprężyście, wymieniają pęd bez strat energii.
- Poza
momentami zderzeń cząsteczki nie
oddziałują ze sobą, a czas trwania tych zderzeń jest pomijalnie mały.
Zakładamy tym samym mały - w porównaniu z rozmiarami
cząsteczek
- zasięg sił oddziaływania międzycząsteczkowego. Oznacza to że pomiędzy
zderzeniami cząsteczki poruszają się ruchem jednostajnym prostoliniowym.
|
Równanie
stanu gazu doskonałego, lub równanie
Clapeyrona jest określone następującą zależnością:
gdzie:
p - ciśnienie gazu,
V - objętość gazu,
m - masa gazu,
M - masa cząsteczkowa,
R - uniwersalna stała gazowa,
T - temperatura termodynamiczna.
Równanie stanu pozwala znaleźć wartość jednego z
parametrów układu, gdy znane są pozostałe. Zawsze można je
zapisać w ogólnej postaci:
co w przypadku gazu doskonałego daje:
Do doświadczalnego określenia równania stanu służy termometr
gazowy o stałej objętości.
Przykład
Objętość 1m
3
powietrza o temperaturze 300K została ogrzana do temperatury 600K w
taki sposób, że ciśnienie powietrza nie zmieniło się. Jaka
jest końcowa objętość powietrza?
Dla stanu początkowego i końcowego można zastosować równanie
stanu:
stąd
Po ogrzaniu objętość powietrza wzrosła do wartości 2m
3.
Zasady termodynamiki » Teoria kinetyczna »
Równanie stanu » Przemiany gazowe »