كما هو معروف، فإن العديد من المواد في الطبيعة يمكن أن تكون في ثلاث حالات من التجمع: السائل الصلبةو الغازي.

تعتمد عقيدة خصائص المادة في حالات التجميع المختلفة على أفكار حول التركيب الذري الجزيئي للعالم المادي. تعتمد النظرية الحركية الجزيئية لبنية المادة (MKT) على ثلاثة مبادئ رئيسية:

• تتكون جميع المواد من جزيئات صغيرة (جزيئات، ذرات، الجسيمات الأولية)، والتي توجد بينها فجوات؛
• الجسيمات في حركة حرارية مستمرة.
• هناك قوى التفاعل بين جزيئات المادة (الجذب والتنافر)؛ وطبيعة هذه القوى هي كهرومغناطيسية.

وهذا يعني أن حالة تجميع المادة تعتمد على الموقف النسبيالجزيئات والمسافة بينها وقوى التفاعل بينها وطبيعة حركتها.

يكون التفاعل بين جزيئات المادة أكثر وضوحًا في الحالة الصلبة. المسافة بين الجزيئات تساوي تقريبًا أحجامها. يؤدي هذا إلى تفاعل قوي إلى حد ما، مما يجعل من المستحيل عملياً على الجزيئات أن تتحرك: فهي تتأرجح حول موضع توازن معين. يحتفظون بشكلهم وحجمهم.

يتم شرح خصائص السوائل أيضًا من خلال بنيتها. تتفاعل جزيئات المادة في السوائل بشكل أقل كثافة من تفاعلها في المواد الصلبة، وبالتالي يمكنها تغيير موقعها فجأة - فالسوائل لا تحتفظ بشكلها - فهي سائلة. تحتفظ السوائل بالحجم.

الغاز عبارة عن مجموعة من الجزيئات تتحرك بشكل عشوائي في كل الاتجاهات بشكل مستقل عن بعضها البعض. الغازات ليس لها شكلها الخاص، فهي تشغل كامل الحجم المقدم لها ويمكن ضغطها بسهولة.

هناك حالة أخرى للمادة - البلازما. البلازما عبارة عن غاز متأين جزئيًا أو كليًا تكون فيه كثافات الشحنات الموجبة والسالبة متساوية تقريبًا. عند تسخينها بقوة كافية، تتبخر أي مادة، وتتحول إلى غاز. إذا قمت بزيادة درجة الحرارة أكثر، فإن عملية التأين الحراري ستتكثف بشكل حاد، أي أن جزيئات الغاز ستبدأ في التفكك إلى الذرات المكونة لها، والتي تتحول بعد ذلك إلى أيونات.

نموذج الغاز المثالي العلاقة بين الضغط ومتوسط ​​الطاقة الحركية.

توضيح الأنماط التي تحكم سلوك المادة فيها الحالة الغازيةيعتبر النموذج المثالي للغازات الحقيقية - غازًا مثاليًا. هذا هو الغاز الذي تعتبر جزيئاته النقاط المادية، لا تتفاعل مع بعضها البعض عن بعد، ولكنها تتفاعل مع بعضها البعض ومع جدران السفينة أثناء الاصطدامات.

غاز مثالي – وهو غاز يكون التفاعل بين جزيئاته ضئيلاً. (إيك >>إير)

الغاز المثالي هو نموذج اخترعه العلماء لفهم الغازات التي نلاحظها بالفعل في الطبيعة. لا يمكن وصف أي غاز. لا ينطبق عندما يكون الغاز مضغوطًا بدرجة عالية، عندما يتحول الغاز إلى حالة سائلة. تتصرف الغازات الحقيقية مثل الغازات المثالية عندما يكون متوسط ​​المسافة بين الجزيئات أكبر بعدة مرات من أحجامها، أي. في مكانس كبيرة بما فيه الكفاية.

خصائص الغاز المثالي:

1. المسافة بين الجزيئات أكبر بكثير من حجم الجزيئات؛
2. جزيئات الغاز صغيرة جدًا وهي عبارة عن كرات مرنة؛
3. تميل قوى الجذب إلى الصفر؛
4. التفاعلات بين جزيئات الغاز تحدث فقط أثناء التصادمات، وتعتبر التصادمات مرنة تمامًا؛
5. وتتحرك جزيئات هذا الغاز بشكل عشوائي؛
6. حركة الجزيئات وفقا لقوانين نيوتن.

تتميز حالة كتلة معينة من المادة الغازية بكميات فيزيائية تعتمد على بعضها البعض، تسمى معلمات الدولة.وتشمل هذه مقدارالخامس، ضغطصودرجة الحرارةت.

حجم الغازيُشار إليه بـ الخامس. مقداريتطابق الغاز دائمًا مع حجم الحاوية التي يشغلها. وحدة الحجم SI م 3.

ضغط– الكمية المادية, يساوي النسبةقوةF، يؤثر على عنصر سطحي متعامد معه على المنطقةسهذا العنصر.

ص = F/ سوحدة الضغط SI باسكال[باسكال]

حتى الآن، يتم استخدام وحدات الضغط غير النظامية:

الجو الفني 1 عند = 9.81-104 باسكال؛

الجو المادي 1 أجهزة الصراف الآلي = 1.013-105 باسكال؛

ملليمتر من الزئبق 1 ملم زئبق المادة = 133 باسكال؛

1 أجهزة الصراف الآلي = = 760 ملم زئبق. فن. = 1013 هبأ.

كيف ينشأ ضغط الغاز؟ كل جزيء غاز، يضرب جدار الوعاء الذي يقع فيه، يعمل على الحائط بقوة معينة لفترة قصيرة من الزمن. ونتيجة للتأثيرات العشوائية على الجدار، فإن القوة التي تمارسها جميع الجزيئات لكل وحدة مساحة من الجدار تتغير بسرعة مع مرور الوقت بالنسبة إلى قيمة معينة (متوسطة).

ضغط الغازيحدث نتيجة التأثيرات العشوائية للجزيئات على جدران الوعاء الذي يحتوي على الغاز.

باستخدام نموذج الغاز المثالي، يمكننا الحساب ضغط الغاز على جدار الوعاء.

أثناء تفاعل الجزيء مع جدار الوعاء، تنشأ بينهما قوى تخضع لقانون نيوتن الثالث. ونتيجة لذلك، فإن الإسقاط υ سالسرعة الجزيئية المتعامدة مع الجدار تغير إشارتها إلى العكس، والإسقاط υ ذتبقى السرعة الموازية للجدار دون تغيير.

تسمى الأجهزة التي تقيس الضغط أجهزة قياس الضغط.تسجل مقاييس الضغط متوسط ​​قوة الضغط الزمني لكل وحدة مساحة لعنصرها الحساس (الغشاء) أو جهاز استقبال الضغط الآخر.

أجهزة قياس ضغط السوائل:

1. مفتوح – لقياس الضغوط الصغيرة فوق الغلاف الجوي
2. مغلق - لقياس الضغوط الصغيرة تحت الغلاف الجوي، أي. فراغ صغير

مقياس الضغط المعدني- لقياس الضغوط العالية.

الجزء الرئيسي منه عبارة عن أنبوب منحني A، يتم لحام نهايته المفتوحة بالأنبوب B، والذي من خلاله يتدفق الغاز، ويتم توصيل الطرف المغلق بالسهم. يدخل الغاز عبر الصنبور والأنبوب B إلى الأنبوب A ثم يفككه. الطرف الحر للأنبوب، المتحرك، يضبط آلية النقل والمؤشر في الحركة. يتم تدرج المقياس في وحدات الضغط.

المعادلة الأساسية للنظرية الحركية الجزيئية للغاز المثالي.

معادلة MKT الأساسية: يتناسب ضغط الغاز المثالي مع حاصل ضرب كتلة الجزيء وتركيز الجزيئات ومتوسط ​​مربع سرعة الجزيئات

ص= 1/3م 0· ن · ت 2

م 0 - كتلة جزيء غاز واحد؛

n = N/V – عدد الجزيئات لكل وحدة حجم، أو تركيز الجزيئات؛

v 2 - جذر متوسط ​​مربع سرعة حركة الجزيئات.

منذ متوسط ​​الطاقة الحركية حركة اماميةالجزيئات E = m 0 * v 2 /2، ثم نضرب معادلة MKT الأساسية في 2، نحصل على p = 2/3 n (m 0 v 2)/2 = 2/3 E n

ع = 2/3 ه ن

ضغط الغاز يساوي ثلثي متوسط ​​الطاقة الحركية للحركة الانتقالية للجزيئات الموجودة في وحدة حجم الغاز.

بما أن m 0 n = m 0 N/V = m/V = ρ، حيث ρ هي كثافة الغاز، لدينا ص= 1/3· ρ·الخامس 2

قانون الغاز المتحد

تسمى الكميات العيانية التي تميز حالة الغاز بشكل لا لبس فيهالمعلمات الديناميكية الحرارية للغاز.

أهم معلمات الديناميكا الحرارية للغاز هيمقدارالخامسوالضغط p ودرجة الحرارة T .

أي تغير في حالة الغاز يسمىعملية الديناميكا الحرارية.

في أي عملية ديناميكية حرارية، تتغير معلمات الغاز التي تحدد حالته.

تسمى العلاقة بين قيم معلمات معينة في بداية العملية ونهايتهاقانون الغاز.

يسمى قانون الغاز الذي يعبر عن العلاقة بين معلمات الغاز الثلاثةقانون الغاز الموحد

ص = nkT

نسبة ص = nkT تم الحصول على علاقة بين ضغط الغاز ودرجة حرارته وتركيز جزيئاته من أجل نموذج للغاز المثالي، الذي تتفاعل جزيئاته مع بعضها البعض ومع جدران الوعاء فقط أثناء الاصطدامات المرنة. يمكن كتابة هذه العلاقة بشكل آخر، مما يؤدي إلى إنشاء اتصال بين المعلمات العيانية لحجم الغاز الخامس، ضغط ص، درجة حرارة توكمية المادة ν . للقيام بذلك تحتاج إلى استخدام المساواة

حيث n هو تركيز الجزيئات، N هو الرقم الإجماليالجزيئات V - حجم الغاز

ثم نحصل على أو

نظرًا لأنه عند ثبات كتلة الغاز N تبقى دون تغيير، فإن Nk – رقم ثابت، وسائل

عند كتلة ثابتة من الغاز، يكون حاصل ضرب الحجم والضغط مقسومًا على درجة الحرارة المطلقة للغاز هو القيمة نفسها لجميع حالات هذه الكتلة من الغاز.

تم الحصول على المعادلة التي تحدد العلاقة بين الضغط والحجم ودرجة حرارة الغاز في منتصف القرن التاسع عشر من قبل الفيزيائي الفرنسي ب. كلابيرون وغالباً ما تسمى معادلة كلايبيرون.

يمكن كتابة معادلة كلايبيرون بشكل آخر.

ص = نكت,

معتبرا أن

هنا ن- عدد الجزيئات في الوعاء، ν - كمية المادة، ن A هو ثابت أفوجادرو، م- كتلة الغاز في الوعاء، م – الكتلة الموليةغاز ونتيجة لذلك نحصل على:

منتج ثابت أفوجادرو N A بواسطةثابت بولتزمانيسمى ك ثابت الغاز العالمي (المولي). ويتم تحديده بالحرف ر.

ها القيمة العدديةفي سي ر= 8.31 جول/مول ك

نسبة

مُسَمًّى معادلة الغاز المثالي للحالة.

في النموذج الذي تلقيناه، تم كتابته لأول مرة بواسطة D. I. Mendeleev. ولذلك تسمى معادلة حالة الغاز معادلة كلابيرون-مندلييف.`

بالنسبة لمول واحد من أي غاز، تأخذ هذه العلاقة الشكل: الكهروضوئية = RT

دعونا تثبيت المعنى الجسديثابت الغاز المولي. لنفترض أنه في أسطوانة معينة تحت المكبس عند درجة الحرارة E يوجد 1 مول من الغاز، وحجمه V. إذا تم تسخين الغاز بشكل متساوي الضغط (عند ضغط ثابت) بمقدار 1 K، فإن المكبس سوف يرتفع إلى الارتفاع Δh، وسيزداد حجم الغاز بمقدار ΔV.

دعونا نكتب المعادلة الكهروضوئية=RTللغاز الساخن: p (V + ΔV) = R (T + 1)

ونطرح من هذه المساواة المعادلة pV=RT المقابلة لحالة الغاز قبل التسخين. نحصل على pΔV = R

ΔV = SΔh، حيث S هي مساحة قاعدة الاسطوانة. لنعوض في المعادلة الناتجة:

pS = F – قوة الضغط.

نحصل على FΔh = R، وحاصل ضرب القوة وحركة المكبس FΔh = A هو عمل تحريك المكبس الذي تقوم به هذه القوة ضد قوى خارجيةعندما يتوسع الغاز.

هكذا، ر = أ.

ثابت الغاز العام (المولي) يساوي عدديًا الشغل المبذول بواسطة 1 مول من الغاز عند تسخينه متساوي الضغط بمقدار 1 K.

• شكل وبنية الجزيئات معقدة للغاية. لكن دعونا نحاول تخيلها على شكل كرات صغيرة. وهذا سيسمح لنا بتطبيق قوانين الميكانيكا على وصف عملية اصطدام الجزيئات بجدران الوعاء، على وجه الخصوص، قانون نيوتن الثاني.
• سنفترض أن جزيئات الغاز تقع على مسافة كبيرة بما فيه الكفاية من بعضها البعض، بحيث تكون قوى التفاعل بينها ضئيلة. إذا لم تكن هناك قوى تفاعل بين الجسيمات، فإن طاقة التفاعل المحتملة تكون صفرًا. دعونا نسمي الغاز الذي يلبي هذه الخصائص ممتاز .
• ومن المعروف أن تتحرك جزيئات الغاز بسرعات مختلفة. ومع ذلك، دعونا نحسب متوسط ​​سرعة حركة الجزيئات و دعونا نعتبرهم نفس الشيء.
• لنفترض أن اصطدام الجزيئات على جدران الوعاء مرن تمامًا (تتصرف الجزيئات عند الاصطدام مثل الكرات المطاطية، وليس كقطعة من البلاستيسين). في هذه الحالة، تتغير سرعات الجزيئات فقط في الاتجاه، ولكنها تظل كما هي في الحجم. ومن ثم فإن التغير في سرعة كل جزيء عند الاصطدام هو -2υ.

بعد إدخال مثل هذه التبسيطات، نحسب ضغط الغاز على جدران الوعاء.

تعمل القوة على الحائط من العديد من الجزيئات. ويمكن حسابه على أنه حاصل ضرب القوة المؤثرة على جزء من جزيء واحد بعدد الجزيئات التي تتحرك في الوعاء في اتجاه هذا الجدار. وبما أن الفضاء ثلاثي الأبعاد ولكل بعد اتجاهان: موجب وسالب، فيمكن افتراض أن سدس جميع الجزيئات (إذا كان هناك عدد كبير منها) يتحرك في اتجاه جدار واحد: N = N 0 / 6 .

القوة المؤثرة على الجدار من جزيء واحد تساوي القوة المؤثرة على الجزيء من الجدار. القوة المؤثرة على الجزيء من الجدار تساوي ناتج كتلة جزيء واحد مضروبًا في التسارع الذي يتلقاه عند الاصطدام بالجدار:

F" = م 0 أ.

التسارع هو كمية فيزيائية تحددها نسبة التغير في السرعة إلى الوقت الذي حدث فيه هذا التغيير: a = Δυ / t.

التغير في السرعة يساوي ضعف سرعة الجزيء قبل الاصطدام: Δυ = –2υ.

إذا كان الجزيء يتصرف مثل كرة مطاطية، فليس من الصعب تخيل عملية الاصطدام: فالجزيء عند الاصطدام يتشوه. تستغرق عملية الضغط وفك الضغط وقتا. بينما يعمل الجزيء على جدار الوعاء، فإن عددًا معينًا من الجزيئات الموجودة منه على مسافات لا تزيد عن l = υt، يتمكن من ضرب الأخير. (على سبيل المثال، نسبيًا، لنفترض أن سرعة الجزيئات تبلغ 100 م/ث. يستمر التأثير 0.01 ثانية. ثم خلال هذا الوقت، سيكون لدى الجزيئات الموجودة على مسافات 10، 50، 70 سم وقت للوصول إلى الحائط وتساهم في الضغط ولكن ليس أكثر من 100 سم).

سننظر في حجم الوعاء V = lS.

باستبدال جميع الصيغ في الصيغة الأصلية، نحصل على المعادلة:

حيث: هي كتلة الجزيء الواحد، وهي متوسط ​​قيمة مربع سرعة الجزيئات، N هو عدد الجزيئات في الحجم V.

دعونا نقدم بعض التوضيحات حول إحدى الكميات المتضمنة في المعادلة الناتجة.

وبما أن حركة الجزيئات فوضوية ولا توجد حركة تفضيلية للجزيئات في الوعاء، فإن متوسط ​​سرعتها يساوي صفرًا. لكن من الواضح أن هذا لا ينطبق على كل جزيء على حدة.

لحساب ضغط الغاز المثالي على جدار الوعاء، لا يتم استخدام القيمة المتوسطة للمكون x لسرعة الجزيئات، ولكن يتم استخدام القيمة المتوسطة لمربع السرعة

ولجعل إدخال هذه الكمية أكثر قابلية للفهم، دعونا نفكر في مثال عددي.

افترض أن سرعة أربعة جزيئات هي 1، 2، 3، 4 آرب. وحدات

مربع السرعة المتوسطة للجزيئات يساوي:

القيمة المتوسطة لمربع السرعة هي :

ترتبط القيم المتوسطة لإسقاطات السرعة المربعة على المحاور x، y، z بمتوسط ​​قيمة السرعة المربعة بالعلاقة.

السؤال رقم 1

الأحكام الرئيسية لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات ومبرراتها التجريبية.

1. جميع المواد تتكون من جزيئات، أي. لها بنية منفصلة، ​​ويتم فصل الجزيئات بمسافات.

2. الجزيئات في حالة حركة عشوائية (فوضوية) مستمرة.

3. هناك قوى تفاعل بين جزيئات الجسم.

الحركة البراونية?.

الحركة البراونية هي الحركة العشوائية المستمرة للجزيئات العالقة في الغاز.

قوى التفاعل الجزيئي؟

يعمل كل من التجاذب والتنافر في وقت واحد بين الجزيئات. طبيعة تفاعل الجزيئات هي كهرومغناطيسية.

الطاقة الحركية والطاقة الكامنة للجزيئات؟

تتفاعل الذرات والجزيئات وبالتالي تمتلك طاقة كامنة E p.

تعتبر الطاقة الكامنة إيجابية عندما تتنافر الجزيئات، وسلبية عندما تتجاذب الجزيئات.

السؤال 2

أبعاد وكتل الجزيئات والذرات

تتكون أي مادة من جزيئات، وبالتالي فإن كمية المادة v(nu) تعتبر متناسبة مع عدد الجزيئات، أي. العناصر الهيكليةالموجودة في الجسم.

وحدة كمية المادة هي المول. المول هو كمية المادة التي تحتوي على نفس عدد العناصر الهيكلية لأي مادة مثل عدد الذرات الموجودة في 12 جم من الكربون C12. تسمى نسبة عدد جزيئات المادة إلى كمية المادة بثابت أفوجادرو:

ن أ = ن/ت(عاري); ن أ =6.02*10 23 مول -1

يوضح ثابت أفوجادرو عدد الذرات والجزيئات الموجودة في مول واحد من المادة. الكتلة المولية هي كتلة مول واحد من المادة، وتساوي نسبة كتلة المادة إلى كمية المادة:

يتم التعبير عن الكتلة المولية بالكيلو جرام / مول. بمعرفة الكتلة المولية، يمكنك حساب كتلة جزيء واحد:

م 0 = م/ن=م/ت(نو)ن أ =م/ن أ

معدل الوزنعادة ما يتم تحديد الجزيئات الطرق الكيميائية، تم تحديد ثابت أفوجادرو بدقة عالية بواسطة عدة بالطرق الفيزيائية. يتم تحديد كتل الجزيئات والذرات بدرجة كبيرة من الدقة باستخدام مطياف الكتلة.

كتل الجزيئات صغيرة جدًا. على سبيل المثال، كتلة جزيء الماء: م=29.9*10 -27

ترتبط الكتلة المولية بالكتلة الجزيئية النسبية للمغنيسيوم. نسبي الكتلة الجزيئية- هذه قيمة تساوي نسبة كتلة جزيء مادة معينة إلى 1/12 من كتلة ذرة الكربون C12. إذا كان معروفا صيغة كيميائيةالمادة، ثم باستخدام الجدول الدوري يمكن تحديد كتلتها النسبية، والتي عند التعبير عنها بالكيلو جرام، تظهر الكتلة المولية لهذه المادة.

رقم أفوجادرو

عدد أفوجادرو، ثابت أفوجادرو هو ثابت فيزيائي، يساوي عدديًا عدد المحدد الوحدات الهيكلية(ذرات أو جزيئات أو أيونات أو إلكترونات أو أي جسيمات أخرى) في 1 مول من المادة. يتم تعريفه على أنه عدد الذرات الموجودة في 12 جرامًا (بالضبط) من نظير الكربون 12 النقي. يُشار إليه عادة بـ N A، وفي كثير من الأحيان بـ L

نأ = 6.022 140 78(18)×10 23 مول −1.

عدد الشامات

المول (الرمز: mol، دوليًا: mol) هو وحدة قياس كمية المادة. يتوافق مع كمية المادة التي تحتوي على جسيمات N A (جزيئات أو ذرات أو أيونات أو أي جزيئات هيكلية مماثلة أخرى). N A هو ثابت أفوجادرو، ويساوي عدد الذرات الموجودة في 12 جرامًا من نويدات الكربون 12C. وبالتالي فإن عدد الجزيئات الموجودة في المول الواحد من أي مادة يكون ثابتًا ويساوي رقم أفوجادرو N A.

سرعة الجزيئات

حالة المادة

حالة التجميع هي حالة من حالات المادة تتميز بوجود معين خصائص الجودة: القدرة أو عدم القدرة على الحفاظ على الحجم والشكل، ووجود أو عدم وجود ترتيب بعيد المدى وقصير المدى، وغيرها. يمكن أن يكون التغيير في حالة التجميع مصحوبًا بتغير مفاجئ في الطاقة الحرة والانتروبيا والكثافة وغيرها من الخصائص الفيزيائية الأساسية.

هناك ثلاث حالات رئيسية للتجميع: صلبوالسائل والغاز. في بعض الأحيان ليس من الصحيح تمامًا تصنيف البلازما كحالة تجميع. وهناك حالات أخرى للتجمع، على سبيل المثال، البلورات السائلة أو مكثفات بوز-آينشتاين.

السؤال 3

الغاز المثالي، ضغط الغاز

الغاز المثالي هو الغاز الذي لا توجد فيه قوة تفاعل بين جزيئاته.

ينجم ضغط الغاز عن الاصطدامات بين الجزيئات. تسمى قوة الضغط في الثانية على سطح واحد بضغط الغاز.

ف – ضغط الغاز [باسكال]

1 ملم زئبق فن. = 133 باسكال

ف 0 (رو) = 101325 باسكال

ف= 1/3*م 0 *ن*الخامس 2- المعادلة الأساسية لـ MKT

ن – تركيز الجزيئات [م -3 ]

ن = ن / الخامس- تركيز الجزيئات

V 2 - جذر متوسط ​​مربع السرعة

ف= 2/3*ن*ه كالمعادلات الأساسية

ف= ن*ك*تام كي تي

EK – الطاقة الحركية

إي كيه = 3/2 كيلوطن(كيلو تي-كوتE)

كيف يتغير ضغط الغاز المثالي؟

الغاز المثالي هو نموذج فيزيائي للغاز. هذا النموذج عمليا لا يأخذ في الاعتبار تفاعل الجزيئات مع بعضها البعض. يتم استخدامه لوصف سلوك الغازات من وجهة نظر رياضية. يفترض هذا النموذج خصائص الغاز التالية:

• حجم الجزيئات أكبر من المسافة بين الجزيئات.
• الجزيئات عبارة عن كرات مستديرة.
• تتنافر الجزيئات من بعضها البعض ومن جدران الوعاء فقط بعد الاصطدام. الاصطدامات مرنة تمامًا.
• تتحرك الجزيئات وفقا لقوانين نيوتن.

هناك عدة أنواع من الغاز المثالي:

• كلاسيكي؛
• الكم (يعتبر غازًا مثاليًا في ظل ظروف انخفاض درجة الحرارة وزيادة المسافة بين الجزيئات)؛
• في مجال الجاذبية (مع الأخذ في الاعتبار التغيرات في خصائص الغاز المثالي في مجال الجاذبية).

أدناه سننظر في الغاز المثالي الكلاسيكي.

كيفية تحديد ضغط الغاز المثالي؟

يتم التعبير عن الاعتماد الأساسي لجميع الغازات المثالية باستخدام معادلة مندليف-كلابيرون.

PV=(m/M).RT [الصيغة 1]

• ف - الضغط. وحدة القياس: باسكال (باسكال)
• R=8.314 هو ثابت الغاز العالمي. وحدة القياس - (J/mol.K)
• تي - درجة الحرارة
• الخامس - الحجم
• م - كتلة الغاز
• M هي الكتلة المولية للغاز. وحدة القياس - (جم/مول).

P = nkT [الصيغة 2]

توضح الصيغة 2 أن ضغط الغاز المثالي يعتمد على تركيز الجزيئات ودرجة الحرارة. إذا أخذنا في الاعتبار خصائص الغاز المثالي، فسيتم تحديد n بواسطة الصيغة:

n = mNA/MV [الصيغة 3]

• N هو عدد الجزيئات الموجودة في الوعاء
• ن أ - ثابت أفوجادرو

باستبدال الصيغة 3 في الصيغة 2 نحصل على:

• PV = (م/م) نا كيلو طن [الصيغة 4]
• ك*ن أ = ص [الصيغة 5]

الثابت R هو ثابت لمول واحد من الغاز في مساواة Mendeleev-Clapeyron (تذكر: عند ضغط ودرجة حرارة ثابتين، يشغل 1 مول من الغازات المختلفة نفس الحجم).

الآن دعونا نشتق معادلة الضغط للغاز المثالي

م/م = ν [الصيغة 6]

• حيث ν هي كمية المادة. وحدة القياس : المول

نحصل على معادلة ضغط الغاز المثالي، والصيغة موضحة أدناه:

P=νRT/V [الصيغة 7]

• حيث P هو الضغط. وحدة القياس: باسكال (باسكال)
• R= 8.314 - ثابت الغاز العالمي. وحدة القياس - (J/mol.K)
• تي - درجة الحرارة
• الخامس - الحجم.

كيف سيتغير ضغط الغاز المثالي؟

بعد تحليل المساواة 7، يمكننا أن نرى أن ضغط الغاز المثالي يتناسب مع التغير في درجة الحرارة والتركيز.

في حالة الغاز المثالي، من الممكن إجراء تغييرات في جميع المعلمات التي يعتمد عليها، ومن الممكن أيضًا حدوث تغييرات في بعضها. دعونا نفكر في المواقف الأكثر احتمالا:

• عملية متساوية الحرارة. وتتميز هذه العملية بأن درجة الحرارة فيها ستكون ثابتة (T = const). إذا عوضنا بدرجة حرارة ثابتة في المعادلة 1، فسنرى أن قيمة المنتج P*V ستكون ثابتة أيضًا.
  • PV = const [الصيغة 8]

المعادلة 8 توضح العلاقة بين حجم الغاز وضغطه عند درجة حرارة ثابتة. تم اكتشاف هذه المعادلة تجريبيا في القرن السابع عشر من قبل الفيزيائيين روبرت بويل وإدمي ماريوت. وقد سميت المعادلة بقانون بويل-ماريوت تكريما لهم.

• عملية متساوية. في هذه العملية، يظل حجم الغاز وكتلته وكتلته المولية ثابتة. V= const، m = const، M = const. وهكذا نحصل على ضغط الغاز المثالي. تظهر الصيغة أدناه:
  • P= P 0 AT [الصيغة 9]
  • حيث: P هو ضغط الغاز عند درجة الحرارة المطلقة،
  • ف 0 - ضغط الغاز عند درجة حرارة 273 درجة كلفن (0 درجة مئوية)،
  • A هو معامل درجة حرارة الضغط. أ = (1/273.15) ك -1

تم اكتشاف هذا الاعتماد تجريبيا في القرن التاسع عشر من قبل الفيزيائي تشارلز. ولذلك فإن المعادلة تحمل اسم منشئها - قانون تشارلز.

يمكن ملاحظة العملية المتساوية إذا تم تسخين الغاز بحجم ثابت.

• عملية ايزوباريك. في هذه العملية، سيكون ضغط الغاز وكتلته وكتلته المولية ثابتًا. P = const، m = const، M = const. معادلة العملية متساوية الضغط لها الشكل:
  • V/T = const أو V = V 0 AT [الصيغة 10]
  • حيث: V 0 هو حجم الغاز عند درجة حرارة 273 درجة كلفن (0 درجة مئوية)؛
  • أ = (1/273.15) ك -1.

في هذه الصيغة، يعمل المعامل A كمعامل درجة حرارة للتمدد الحجمي للغاز.

تم اكتشاف هذه العلاقة في القرن التاسع عشر على يد الفيزيائي جوزيف جاي لوساك. ولهذا السبب تحمل هذه المساواة اسمها - قانون غي-لوساك.

إذا أخذت قارورة زجاجية متصلة بأنبوب، وتم إغلاق ثقبها بالسائل، وقمت بتسخين الهيكل، فستتمكن من مراقبة عملية متساوية الضغط.

ومن الجدير بالذكر أن الهواء في درجة حرارة الغرفة له خصائص مشابهة للغاز المثالي.

تعليمات

يجد ضغطمثالي غازإذا كانت هناك قيم متوسط ​​السرعة، كتلة جزيء واحد والتركيز وفقًا للصيغة P=⅓nm0v2، حيث n هو التركيز (بالجرام أو الشامات لكل لتر)، m0 هي كتلة جزيء واحد.

احسب ضغطإذا كنت تعرف درجة الحرارة غازوتركيزه باستخدام الصيغة P=nkT، حيث k – ثابت بولتزمان(k=1.38·10-23 mol·K-1)، T - درجة الحرارة على مقياس كلفن المطلق.

يجد ضغطمن نسختين متكافئتين من معادلة Mendeleev-Clayperon اعتمادًا على القيم المعروفة: P=mRT/MV أو P=νRT/V، حيث R هو ثابت الغاز العالمي (R=8.31 ​​​​J/mol K)، ν - في الشامات، V - الحجم غازفي م 3.

إذا كان بيان المشكلة يحدد الجزيء المتوسط غازوتركيزه، والعثور على ضغطباستخدام الصيغة P=⅔nEк، حيث Eк هي الطاقة الحركية في J.

يجد ضغطمن قوانين الغاز - متساوي الحرارة (V=const) ومتساوي الحرارة (T=const)، إذا أُعطي ضغطفي إحدى الولايات. في عملية متساويةنسبة الضغط في حالتين تساوي النسبة: P1/P2=T1/T2. وفي الحالة الثانية إذا بقيت درجة الحرارة قيمة ثابتةمنتج الضغط غازمن حيث الحجم في الحالة الأولى يساوي نفس المنتج في الحالة الثانية: P1·V1=P2·V2. أعرب عن الكمية المجهولة.

عند حساب الضغط الجزئي للبخار، إذا تم إعطاء درجة الحرارة والهواء في الحالة، فاعبر عنه ضغطمن الصيغة φ/100=Р1/Р2، حيث φ/100 هي الرطوبة النسبية، Р1 جزئية ضغطبخار الماء، P2 - القيمة القصوى لبخار الماء عند درجة حرارة معينة. أثناء الحساب، استخدم جداول اعتماد الحد الأقصى لضغط البخار (الضغط الجزئي الأقصى) على درجة الحرارة بالدرجات المئوية.

نصائح مفيدة

استخدم مقياسًا لا سائليًا أو مقياسًا زئبقيًا للحصول على قراءات أكثر دقة إذا كنت بحاجة إلى حساب ضغط الغاز أثناء التجربة أو العمل المختبري. لقياس ضغط الغاز في وعاء أو أسطوانة، استخدم مقياس ضغط تقليدي أو إلكتروني.

مصادر:

• ضغط وكثافة بخار الماء المشبع حسب درجة الحرارة - الجدول
• صيغة ضغط الغاز

هل يصمد الدلو إذا صببت فيه الماء؟ ماذا لو صببت سائلاً أثقل هناك؟ للإجابة على هذا السؤال، لا بد من حساب ضغطالتي يمارسها السائل على جدران وعاء معين. غالبًا ما يكون هذا ضروريًا في الإنتاج - على سبيل المثال، في تصنيع الخزانات أو الخزانات. من المهم بشكل خاص حساب قوة الحاويات إذا نحن نتحدث عنعن السوائل الخطرة.

سوف تحتاج

• إناء
• سائل ذو كثافة معروفة
• معرفة قانون باسكال
• مقياس كثافة السوائل أو بيكنوميتر
• كوب قياس
• جدول التصحيح لوزن الهواء
• مسطرة

تعليمات

مصادر:

• حساب ضغط السائل على قاع وجدران الوعاء

حتى مع القليل من الجهد، يمكنك إنشاء شيء مهم ضغط. كل ما هو ضروري لذلك هو تركيز هذا الجهد على منطقة صغيرة. وعلى العكس من ذلك، إذا تم توزيع قوة كبيرة بالتساوي على مساحة كبيرة، ضغطسوف تتحول إلى أن تكون صغيرة نسبيا. لمعرفة أي واحد بالضبط، سيتعين عليك إجراء عملية حسابية.

تعليمات

إذا كانت المشكلة لا توضح القوة، بل كتلة الحمل، فاحسب القوة باستخدام الصيغة التالية: F = mg، حيث F هي القوة (N)، m هي الكتلة (كجم)، g هي التسارع السقوط الحرتساوي 9.80665 م/ث².

إذا كانت الشروط، بدلا من المنطقة، تشير إلى المعلمات الهندسية للمنطقة التي اتضح فيها ضغط، قم أولاً بحساب مساحة هذه المنطقة. على سبيل المثال، بالنسبة للمستطيل: S=ab، حيث S هي المساحة (م²)، a هي الطول (م)، b هي العرض (م).للدائرة: S=πR²، حيث S هي المساحة (م²)، π هو الرقم " باي"، 3.1415926535 (قيمة بلا أبعاد)، R - نصف القطر (م).

تجده في الخارج ضغط، اقسم القوة على المساحة: P=F/S، حيث P - ضغط(Pa)، F - القوة (n)، S - المساحة (م²).

عند إعداد الوثائق المصاحبة للسلع المعدة للتصدير، قد يكون من الضروري التعبير عنها ضغطبالجنيه لكل بوصة مربعة (PSI). في هذه الحالة، استرشد بالنسبة التالية: 1 رطل لكل بوصة مربعة = 6894.75729 باسكال.