همانطور که مشخص است، بسیاری از مواد در طبیعت می توانند در سه حالت تجمع باشند: جامد، مایعو گازی.

دکترین خواص ماده در حالت های مختلف تجمع بر اساس ایده هایی در مورد ساختار اتمی-مولکولی جهان ماده است. نظریه جنبشی مولکولی ساختار ماده (MKT) بر سه اصل اصلی استوار است:

• همه مواد از ذرات ریز (مولکول ها، اتم ها، ذرات بنیادی) که بین آنها شکاف هایی وجود دارد.
• ذرات در حرکت حرارتی مداوم هستند.
• نیروهای برهمکنش بین ذرات ماده (جاذب و دافعه) وجود دارد. ماهیت این نیروها الکترومغناطیسی است.

این بدان معنی است که وضعیت تجمع یک ماده بستگی به موقعیت نسبیمولکول ها، فاصله بین آنها، نیروهای برهمکنش بین آنها و ماهیت حرکت آنها.

برهمکنش بین ذرات یک ماده در حالت جامد بارزتر است. فاصله بین مولکول ها تقریباً برابر با اندازه های خودشان است. این منجر به یک برهمکنش نسبتاً قوی می شود که عملاً حرکت ذرات را غیرممکن می کند: آنها حول یک موقعیت تعادل خاصی در نوسان هستند. شکل و حجم خود را حفظ می کنند.

خواص مایعات نیز با ساختار آنها توضیح داده می شود. ذرات ماده در مایعات با شدت کمتری نسبت به جامدات تعامل دارند و بنابراین می توانند مکان خود را به طور ناگهانی تغییر دهند - مایعات شکل خود را حفظ نمی کنند - آنها سیال هستند. مایعات حجم را حفظ می کنند.

گاز مجموعه ای از مولکول ها است که به طور تصادفی در همه جهات مستقل از یکدیگر حرکت می کنند. گازها شکل خاص خود را ندارند، کل حجم ارائه شده به آنها را اشغال می کنند و به راحتی فشرده می شوند.

حالت دیگری از ماده وجود دارد - پلاسما. پلاسما یک گاز نیمه یا کاملاً یونیزه است که در آن چگالی بارهای مثبت و منفی تقریباً برابر است. وقتی به اندازه کافی گرم شود، هر ماده ای تبخیر می شود و به گاز تبدیل می شود. اگر دما را بیشتر افزایش دهید، فرآیند یونیزاسیون حرارتی به شدت تشدید می شود، به عنوان مثال، مولکول های گاز شروع به تجزیه شدن به اتم های سازنده خود می کنند، که سپس به یون تبدیل می شوند.

مدل گاز ایده آل رابطه فشار و انرژی جنبشی متوسط.

برای روشن کردن الگوهای حاکم بر رفتار یک ماده در حالت گازی، یک مدل ایده آل از گازهای واقعی در نظر گرفته شده است - یک گاز ایده آل. این گازی است که مولکول های آن به عنوان نقاط مادی، از فاصله دور با یکدیگر تعامل ندارند، بلکه در هنگام برخورد با یکدیگر و با دیواره های کشتی تعامل دارند.

گاز ایده آل – گازی است که در آن برهمکنش بین مولکولهای آن ناچیز است. (Ek>>Er)

گاز ایده آل مدلی است که توسط دانشمندان برای درک گازهایی که در طبیعت مشاهده می کنیم ابداع شده است. نمی تواند هیچ گازی را توصیف کند. هنگامی که گاز به شدت فشرده شده است، زمانی که گاز به حالت مایع تبدیل می شود، قابل استفاده نیست. گازهای واقعی زمانی مانند گازهای ایده آل رفتار می کنند که فاصله متوسط ​​بین مولکول ها چندین برابر بزرگتر از اندازه آنها باشد، یعنی. در خلاءهای به اندازه کافی بزرگ

خواص گاز ایده آل:

1. فاصله بین مولکول ها بسیار بیشتر از اندازه مولکول ها است.
2. مولکول های گاز بسیار کوچک هستند و توپ های الاستیک هستند.
3. نیروهای جاذبه به صفر میل دارند.
4. فعل و انفعالات بین مولکول های گاز فقط در هنگام برخورد اتفاق می افتد و برخوردها کاملاً الاستیک در نظر گرفته می شوند.
5. مولکول های این گاز به طور تصادفی حرکت می کنند.
6. حرکت مولکول ها طبق قوانین نیوتن

حالت یک جرم معین از ماده گازی با کمیت های فیزیکی وابسته به یکدیگر مشخص می شود که به آن ها می گویند پارامترهای حالتاین شامل جلدV، فشارپو دماتی.

حجم گازنشان داده شده با V. جلدگاز همیشه با حجم ظرفی که اشغال می کند منطبق است. واحد حجم SI m 3.

فشار– کمیت فیزیکی, برابر با نسبتاستحکام - قدرتاف، بر روی یک عنصر سطحی عمود بر آن، بر مساحت اثر می کنداساین عنصر.

پ = اف/ اسواحد فشار SI پاسکال[Pa]

تاکنون از واحدهای فشار غیر سیستمی استفاده می شود:

جو فنی 1 در = 9.81-104 Pa;

جو فیزیکی 1 اتمسفر = 1.013-105 Pa;

میلی متر جیوه 1 میلی متر جیوه هنر = 133 Pa;

1 اتمسفر = = 760 میلی متر جیوه. هنر = 1013 hPa.

فشار گاز چگونه ایجاد می شود؟ هر مولکول گاز، با برخورد به دیواره ظرفی که در آن قرار دارد، برای مدت کوتاهی با نیروی خاصی روی دیواره اثر می گذارد. در نتیجه ضربه های تصادفی روی دیوار، نیروی اعمال شده توسط تمام مولکول ها در واحد سطح دیوار به سرعت با زمان نسبت به مقدار معینی (متوسط) تغییر می کند.

فشار گازدر نتیجه برخورد تصادفی مولکول ها بر روی دیواره ظرف حاوی گاز رخ می دهد.

با استفاده از مدل گاز ایده آل می توانیم محاسبه کنیم فشار گاز روی دیواره کشتی.

در طول برهمکنش یک مولکول با دیواره یک ظرف، نیروهایی بین آنها ایجاد می شود که از قانون سوم نیوتن پیروی می کنند. در نتیجه، طرح ریزی υ ایکسسرعت مولکولی عمود بر دیوار علامت خود را برعکس تغییر می دهد و برآمدگی υ yسرعت موازی با دیوار بدون تغییر باقی می ماند.

دستگاه هایی که فشار را اندازه گیری می کنند نامیده می شوند ابزار اندازه گیری فشار.گیج های فشار، نیروی فشار متوسط ​​زمانی را در واحد سطح عنصر حساس آن (غشاء) یا سایر گیرنده های فشار ثبت می کنند.

گیج فشار مایع:

1. باز - برای اندازه گیری فشارهای کوچک بالاتر از اتمسفر
2. بسته - برای اندازه گیری فشارهای کوچک زیر اتمسفر، یعنی. خلاء کوچک

فشار سنج فلزی- برای اندازه گیری فشارهای بالا

قسمت اصلی آن یک لوله خمیده A است که انتهای باز آن به لوله B لحیم شده و گاز از آن عبور می کند و انتهای بسته به فلش متصل می شود. گاز از طریق شیر و لوله B وارد لوله A می شود و آن را خم می کند. انتهای آزاد لوله، در حال حرکت، مکانیسم انتقال و اشاره گر را به حرکت در می آورد. ترازو در واحدهای فشار درجه بندی می شود.

معادله پایه نظریه جنبشی مولکولی گاز ایده آل.

معادله پایه MKT: فشار یک گاز ایده آل با حاصلضرب جرم مولکول، غلظت مولکول ها و مجذور میانگین سرعت مولکول ها متناسب است.

پ= 1/3متر 0· n·v 2

m 0 - جرم یک مولکول گاز؛

n = N/V - تعداد مولکول ها در واحد حجم یا غلظت مولکول ها.

v 2 - ریشه میانگین سرعت مربع حرکت مولکولها.

از آنجایی که انرژی جنبشی متوسط حرکت رو به جلومولکول های E = m 0 * v 2 / 2، سپس با ضرب معادله اصلی MKT در 2، p = 2/3 n (m 0 v 2)/2 = 2/3 E n بدست می آوریم

p = 2/3 E n

فشار گاز برابر با 2/3 میانگین انرژی جنبشی حرکت انتقالی مولکول های موجود در یک واحد حجم گاز است.

از آنجایی که m 0 n = m 0 N/V = m/V = ρ، که ρ چگالی گاز است، داریم پ= 1/3· ρ·v 2

قانون گاز متحد

کمیت های ماکروسکوپی که به طور واضح وضعیت گاز را مشخص می کنند نامیده می شوندپارامترهای ترمودینامیکی گاز

مهمترین پارامترهای ترمودینامیکی یک گاز آن استجلدV، فشار p و دما T.

هر تغییری در حالت گاز نامیده می شودفرآیند ترمودینامیکی

در هر فرآیند ترمودینامیکی، پارامترهای گاز که حالت آن را تعیین می کنند، تغییر می کنند.

رابطه بین مقادیر پارامترهای خاص در ابتدا و انتهای فرآیند نامیده می شودقانون گاز.

قانون گاز بیانگر رابطه بین هر سه پارامتر گاز نامیده می شودقانون واحد گاز

پ = nkT

نسبت پ = nkT ارتباط فشار گاز به دما و غلظت مولکول‌ها برای مدلی از گاز ایده‌آل به‌دست آمد که مولکول‌های آن تنها در هنگام برخوردهای الاستیک با یکدیگر و با دیواره‌های ظرف تعامل دارند. این رابطه را می توان به شکل دیگری نوشت و بین پارامترهای ماکروسکوپی یک گاز - حجم ارتباط برقرار کرد. V، فشار پ، درجه حرارت تیو مقدار ماده ν. برای این کار باید از برابری ها استفاده کنید

جایی که n غلظت مولکول ها است، N برابر است تعداد کلمولکول ها، V - حجم گاز

سپس می گیریم یا

از آنجایی که در یک جرم گاز ثابت N بدون تغییر باقی می ماند، Nk – عدد ثابت، به معنای

در جرم ثابت یک گاز، حاصل تقسیم حجم و فشار بر دمای مطلق گاز برای همه حالات این جرم گاز یکسان است.

معادله برقراری رابطه بین فشار، حجم و دمای گاز در اواسط قرن نوزدهم توسط فیزیکدان فرانسوی B. Clapeyron به دست آمد و اغلب نامیده می شود. معادله کلایپرون.

معادله Clayperon را می توان به شکل دیگری نوشت.

پ = nkT،

با توجه به آن

اینجا ن– تعداد مولکول‌های موجود در ظرف، ν – مقدار ماده، ن A ثابت آووگادرو است، متر- جرم گاز در ظرف، م – جرم مولیگاز در نتیجه دریافت می کنیم:

حاصلضرب ثابت آووگادرو N A توسطثابت بولتزمنk نامیده می شود ثابت گاز جهانی (مولری). و با نامه مشخص می شود آر.

او مقدار عددیدر SI آر= 8.31 J/mol K

نسبت

تماس گرفت معادله حالت گاز ایده آل.

در فرمی که ما دریافت کردیم، اولین بار توسط D.I. Mendeleev نوشته شد. بنابراین معادله حالت گاز نامیده می شود معادله کلاپیرون – مندلیف.`

برای یک مول از هر گاز این رابطه به شکل زیر است: pV=RT

نصب کنیم معنای فیزیکیثابت گاز مولی. فرض کنید در یک سیلندر مشخص در زیر پیستون در دمای E 1 مول گاز وجود دارد که حجم آن V است. اگر گاز به صورت ایزوبار (در فشار ثابت) 1 K گرم شود، پیستون تا یک مول افزایش می یابد. ارتفاع Δh و حجم گاز به اندازه ΔV افزایش می یابد.

بیایید معادله را بنویسیم pV=RTبرای گاز گرم شده: p (V + ΔV) = R (T + 1)

و از این برابری معادله pV=RT که مربوط به حالت گاز قبل از گرم شدن است کم کنید. ما pΔV = R را دریافت می کنیم

ΔV = SΔh، که در آن S مساحت پایه استوانه است. بیایید معادله حاصل را جایگزین کنیم:

pS = F - نیروی فشار.

ما FΔh = R را به دست می آوریم و حاصل ضرب نیرو و حرکت پیستون FΔh = A کار حرکت پیستون است که توسط این نیرو در مقابل انجام می شود. نیروهای خارجیوقتی گاز منبسط می شود

بدین ترتیب، آر = آ.

ثابت گاز جهانی (مولری) از نظر عددی برابر است با کاری که 1 مول گاز انجام می دهد وقتی که به صورت همسان با 1 K گرم شود.

• شکل و ساختار مولکول ها کاملاً پیچیده است. اما بیایید سعی کنیم آنها را به شکل توپ های کوچک تصور کنیم. این به ما این امکان را می دهد که قوانین مکانیک را در توصیف فرآیند برخورد مولکول ها به دیواره یک رگ بکار ببریم، به ویژه، قانون دوم نیوتن.
• فرض می کنیم که مولکول های گاز در فاصله کافی از یکدیگر قرار دارند، به طوری که نیروهای برهمکنش بین آنها ناچیز است. اگر نیروهای برهمکنش بین ذرات وجود نداشته باشد، انرژی پتانسیل برهمکنش معادل صفر است. اجازه دهید گازی را که دارای این خصوصیات است صدا کنیم کامل .
• مشخص است که مولکول های گاز با سرعت های مختلف حرکت می کنند. با این حال، اجازه دهید میانگین سرعت حرکت مولکول ها و بیایید آنها را یکسان در نظر بگیریم.
• اجازه دهید فرض کنیم که تأثیرات مولکول‌ها بر دیواره‌های ظرف کاملاً الاستیک است (مولکول‌ها در هنگام برخورد مانند توپ‌های لاستیکی رفتار می‌کنند، نه مانند یک تکه پلاستیک). در این حالت، سرعت مولکول ها فقط در جهت تغییر می کند، اما از نظر قدر ثابت می ماند. سپس تغییر سرعت هر مولکول بر اثر ضربه -2υ است.

با ارائه چنین ساده‌سازی‌هایی، فشار گاز روی دیواره‌های ظرف را محاسبه می‌کنیم.

نیرویی که از مولکول های زیادی روی دیوار وارد می شود. می توان آن را به عنوان حاصل ضرب نیروی وارد بر بخشی از یک مولکول با تعداد مولکول هایی که در ظرف در جهت این دیواره حرکت می کنند محاسبه کرد. از آنجایی که فضا سه بعدی است و هر بعد دارای دو جهت مثبت و منفی است، می توان فرض کرد که یک ششم کل مولکول ها (اگر تعداد آنها زیاد باشد) در جهت یک دیوار حرکت می کند: N = N 0 / 6 .

نیروی وارد بر دیوار از یک مولکول برابر با نیروی وارد بر مولکول از دیوار است. نیروی وارد بر یک مولکول از دیوار برابر است با حاصل ضرب جرم یک مولکول ضربدر شتابی که هنگام برخورد با دیواره دریافت می کند:

F" = m 0 a.

شتاب یک کمیت فیزیکی است که با نسبت تغییر سرعت به زمانی که این تغییر رخ داده است تعیین می شود: a = Δυ / t.

تغییر سرعت برابر با دو برابر سرعت مولکول قبل از ضربه است: Δυ = –2υ.

اگر مولکول مانند یک توپ لاستیکی رفتار کند، تصور روند ضربه دشوار نیست: مولکول، در اثر ضربه، تغییر شکل می‌دهد. فرآیند فشرده سازی و رفع فشار زمان می برد. در حالی که مولکول روی دیواره رگ عمل می کند، تعداد معینی از مولکول ها که از آن در فواصل کمتر از l = υt قرار دارند، موفق می شوند به دومی ضربه بزنند. (به عنوان مثال، به طور نسبی، اجازه دهید مولکول ها سرعت 100 متر بر ثانیه داشته باشند. ضربه 0.01 ثانیه طول می کشد. سپس در این مدت مولکول هایی که در فواصل 10، 50، 70 سانتی متری از آن قرار دارند، زمان خواهند داشت تا به دیوار برسند. و به فشار کمک می کند، اما نه بیشتر از 100 سانتی متر).

حجم ظرف V=lS را در نظر می گیریم.

با جایگزینی تمام فرمول ها به فرمول اصلی، معادله را بدست می آوریم:

که در آن: جرم یک مولکول است، مقدار متوسط ​​مربع سرعت مولکول ها، N تعداد مولکول های حجم V است.

اجازه دهید در مورد یکی از کمیت های موجود در معادله به دست آمده توضیحاتی ارائه کنیم.

از آنجایی که حرکت مولکول ها آشفته است و حرکت ترجیحی مولکول ها در ظرف وجود ندارد، سرعت متوسط ​​آنها صفر است. اما واضح است که این برای هر مولکول منفرد صدق نمی کند.

برای محاسبه فشار یک گاز ایده آل بر روی دیواره یک ظرف، از مقدار متوسط ​​مولفه x سرعت مولکول ها استفاده نمی شود، بلکه از مقدار متوسط ​​مربع سرعت استفاده می شود.

برای درک بیشتر معرفی این کمیت، اجازه دهید یک مثال عددی را در نظر بگیریم.

اجازه دهید چهار مولکول سرعت 1، 2، 3، 4 arb داشته باشند. واحدها

مجذور سرعت متوسط ​​مولکول ها برابر است با:

مقدار متوسط ​​مربع سرعت برابر است با:

مقادیر متوسط ​​پیش‌بینی‌های سرعت مجذور بر روی محورهای x، y، z با مقدار میانگین سرعت مجذور با رابطه مرتبط است.

سوال 1

مفاد اصلی فناوری اطلاعات و ارتباطات و توجیه تجربی آنها.

1. همه مواد از مولکول تشکیل شده اند، یعنی. دارای ساختار مجزا هستند، مولکول ها توسط فضاها از هم جدا می شوند.

2. مولکول ها در حرکت تصادفی پیوسته (آشوب) هستند.

3. بین مولکول های بدن نیروهای برهمکنش وجود دارد.

حرکت براونی?.

حرکت براونی حرکت تصادفی پیوسته ذرات معلق در گاز است.

نیروهای برهمکنش مولکولی؟

هر دو جاذبه و دافعه به طور همزمان بین مولکول ها عمل می کنند. ماهیت برهمکنش مولکول ها الکترومغناطیسی است.

انرژی جنبشی و پتانسیل مولکول ها؟

اتم ها و مولکول ها برهم کنش دارند و بنابراین انرژی پتانسیل E p دارند.

انرژی بالقوه زمانی که مولکول ها یکدیگر را دفع می کنند مثبت و زمانی که مولکول ها جذب می شوند منفی در نظر گرفته می شود.

سوال 2

ابعاد و جرم مولکول ها و اتم ها

هر ماده ای از ذرات تشکیل شده است، بنابراین مقدار ماده v(nu) متناسب با تعداد ذرات در نظر گرفته می شود، یعنی. عناصر ساختاریموجود در بدن

واحد کمیت یک ماده مول است. مول مقدار ماده ای است که تعداد عناصر ساختاری هر ماده به اندازه اتم های موجود در 12 گرم کربن C12 باشد. نسبت تعداد مولکول های یک ماده به مقدار ماده را ثابت آووگادرو می گویند:

N A =N/v(برهنه); N A =6.02*10 23 mol -1

ثابت آووگادرو نشان می دهد که در یک مول یک ماده چند اتم و مولکول وجود دارد. جرم مولی جرم یک مول از یک ماده است که برابر با نسبت جرم ماده به مقدار ماده است:

جرم مولی بر حسب کیلوگرم بر مول بیان می شود. با دانستن جرم مولی، می توانید جرم یک مولکول را محاسبه کنید:

m 0 =m/N=m/v(nu)N A =M/N A

وزن متوسطمولکول ها معمولا تعیین می شوند روش های شیمیاییثابت آووگادرو با دقت بالا توسط چندین مشخص شده است با روش های فیزیکی. جرم مولکول ها و اتم ها با دقت قابل توجهی با استفاده از طیف نگار جرمی تعیین می شود.

جرم مولکول ها بسیار کوچک است. به عنوان مثال، جرم یک مولکول آب: m=29.9*10 -27

جرم مولی مربوط به جرم مولکولی نسبی Mg است. نسبت فامیلی جرم مولکولی- این مقدار برابر با نسبت جرم یک مولکول یک ماده معین به 1/12 جرم یک اتم کربن C12 است. اگر شناخته شود فرمول شیمیاییسپس با استفاده از جدول تناوبی می توان جرم نسبی آن را تعیین کرد که وقتی بر حسب کیلوگرم بیان می شود، جرم مولی این ماده را نشان می دهد.

شماره آووگادرو

عدد آووگادرو، ثابت آووگادرو یک ثابت فیزیکی است که از نظر عددی برابر با تعداد مشخص شده است. واحدهای ساختاری(اتم ها، مولکول ها، یون ها، الکترون ها یا هر ذره دیگر) در 1 مول از یک ماده. به عنوان تعداد اتم ها در 12 گرم (دقیقا) ایزوتوپ خالص کربن-12 تعریف می شود. معمولاً به عنوان N A، کمتر به عنوان L تعیین می شود

ن A = 6.022 140 78(18)×1023 mol-1.

تعداد خال

مول (نماد: mol، بین المللی: mol) واحد اندازه گیری مقدار یک ماده است. مربوط به مقدار ماده ای است که حاوی ذرات N A (مولکول ها، اتم ها، یون ها یا هر ذرات ساختاری مشابه دیگری) است. N A ثابت آووگادرو است، برابر با تعداد اتم های موجود در 12 گرم هسته کربن 12C. بنابراین، تعداد ذرات در یک مول از هر ماده ثابت و برابر با عدد آووگادرو N A است.

سرعت مولکول ها

حالت ماده

حالت تجمع حالتی از ماده است که مشخصه آن معین است خواص با کیفیت: توانایی یا عدم توانایی در حفظ حجم و شکل، وجود یا عدم وجود نظم دوربرد و کوتاه برد و غیره. تغییر در حالت تجمع می تواند با تغییر ناگهانی در انرژی آزاد، آنتروپی، چگالی و سایر خواص فیزیکی اساسی همراه باشد.

سه حالت اصلی تجمع وجود دارد: جامد، مایع و گاز. گاهی اوقات طبقه بندی پلاسما به عنوان حالت تجمع کاملاً صحیح نیست. حالت های تجمع دیگری نیز وجود دارد، به عنوان مثال، کریستال های مایع یا میعانات بوز-انیشتین.

سوال 3

گاز ایده آل، فشار گاز

گاز ایده آل گازی است که در آن نیروی برهمکنشی بین مولکول ها وجود نداشته باشد.

فشار گاز در اثر برخورد بین مولکول ها ایجاد می شود. نیروی فشار در ثانیه بر روی یک سطح را فشار گاز می گویند.

P – فشار گاز [pa]

1 میلی متر جیوه هنر = 133 Pa

P 0 (ro) = 101325 Pa

P= 1/3*m 0 *n*V 2-معادله پایه MKT

n – غلظت مولکول‌ها [m -3]

n=N/V- غلظت مولکول ها

V 2 - ریشه میانگین سرعت مربع

P= 2/3*n*E Kمعادلات اساسی

P= n*k*T MKT

E K - انرژی جنبشی

EK = 3/2kT(kT-kotE)

فشار گاز ایده آل چگونه تغییر می کند؟

گاز ایده آل یک مدل فیزیکی از گاز است. این مدل عملاً تعامل مولکول ها با یکدیگر را در نظر نمی گیرد. برای توصیف رفتار گازها از دیدگاه ریاضی استفاده می شود. این مدل دارای خواص گاز زیر است:

• اندازه مولکول ها بیشتر از فاصله بین مولکول ها است.
• مولکول ها توپ های گرد هستند.
• مولکول ها تنها پس از برخورد از یکدیگر و از دیواره های رگ دفع می شوند. برخوردها کاملاً الاستیک هستند.
• مولکول ها مطابق با قوانین نیوتن حرکت می کنند.

چندین نوع گاز ایده آل وجود دارد:

• کلاسیک؛
• کوانتومی (در شرایط کاهش دما و افزایش فاصله بین مولکول ها گاز ایده آلی را در نظر می گیرد).
• در یک میدان گرانشی (تغییرات در خواص یک گاز ایده آل در یک میدان گرانشی را در نظر می گیرد).

در زیر گاز ایده آل کلاسیک را در نظر خواهیم گرفت.

چگونه فشار گاز ایده آل را تعیین کنیم؟

وابستگی اساسی همه گازهای ایده آل با استفاده از معادله مندلیف-کلاپیرون بیان می شود.

PV=(m/M).RT [فرمول 1]

• P - فشار واحد اندازه گیری: Pa (پاسکال)
• R=8.314 ثابت گاز جهانی است. واحد اندازه گیری - (J/mol.K)
• T - دما
• V - حجم
• m - جرم گاز
• M جرم مولی گاز است. واحد اندازه گیری - (g/mol).

P = nkT [فرمول 2]

فرمول 2 نشان می دهد که فشار یک گاز ایده آل به غلظت مولکول ها و دما بستگی دارد. اگر ویژگی های یک گاز ایده آل را در نظر بگیریم، n با فرمول تعیین می شود:

n = mNа/MV [فرمول 3]

• N تعداد مولکول های موجود در ظرف است
• N a - ثابت آووگادرو

با جایگزینی فرمول 3 به فرمول 2، دریافت می کنیم:

• PV = (m/M)Nа kT [فرمول 4]
• k*N a = R [فرمول 5]

ثابت R برای یک مول گاز در برابری مندلیف-کلاپیرون ثابت است (به یاد داشته باشید: در فشار و دمای ثابت، 1 مول از گازهای مختلف حجم یکسانی را اشغال می کند).

حال اجازه دهید معادله فشار یک گاز ایده آل را استخراج کنیم

m/M = ν [فرمول 6]

• که ν مقدار ماده است. واحد اندازه گیری: مول

معادله فشار گاز ایده آل را به دست می آوریم، فرمول زیر آورده شده است:

P=νRT/V [فرمول 7]

• جایی که P فشار است. واحد اندازه گیری: Pa (پاسکال)
• R= 8.314 - ثابت گاز جهانی. واحد اندازه گیری - (J/mol.K)
• T - دما
• V - حجم

فشار گاز ایده آل چگونه تغییر می کند؟

با تجزیه و تحلیل برابری 7، می‌توان دید که فشار یک گاز ایده‌آل متناسب با تغییر دما و غلظت است.

در حالت یک گاز ایده آل، تغییرات در تمام پارامترهایی که به آن بستگی دارد امکان پذیر است و تغییر در برخی از آنها نیز امکان پذیر است. بیایید محتمل ترین موقعیت ها را در نظر بگیریم:

• فرآیند ایزوترمال این فرآیند با این واقعیت مشخص می شود که درجه حرارت در آن ثابت خواهد بود (T = const). اگر دمای ثابت را جایگزین معادله 1 کنیم، خواهیم دید که مقدار حاصلضرب P*V نیز ثابت خواهد بود.
  • PV = const [فرمول 8]

تساوی 8 رابطه بین حجم گاز و فشار آن را در دمای ثابت نشان می دهد. این معادله به طور تجربی در قرن هفدهم توسط فیزیکدانان رابرت بویل و ادمه ماریوته کشف شد. این معادله به افتخار آنها قانون بویل-ماریوت نام گرفت.

• فرآیند همحجم. در این فرآیند حجم، جرم گاز و جرم مولی آن ثابت می ماند. V= const، m = const، M = const. بنابراین فشار یک گاز ایده آل را بدست می آوریم. فرمول زیر نشان داده شده است:
  • P= P 0 AT [فرمول 9]
  • جایی که: P فشار گاز در دمای مطلق است،
  • P 0 - فشار گاز در دمای 273 درجه کلوین (0 درجه سانتیگراد)،
  • A ضریب دمایی فشار است. A = (1/273.15) K -1

این وابستگی به طور تجربی در قرن 19 توسط فیزیکدان چارلز کشف شد. بنابراین، معادله نام سازنده خود - قانون چارلز را دارد.

اگر یک گاز با حجم ثابت گرم شود، می توان یک فرآیند ایزوکوریک را مشاهده کرد.

• فرآیند ایزوباریک برای این فرآیند، فشار، جرم گاز و جرم مولی آن ثابت خواهد بود. P = const، m = const، M = const. معادله فرآیند ایزوباریک به شکل زیر است:
  • V/T = const یا V = V 0 AT [فرمول 10]
  • که در آن: V 0 حجم گاز در دمای 273 درجه کلوین (0 درجه سانتیگراد) است.
  • A = (1/273.15) K -1.

در این فرمول ضریب A به عنوان ضریب دمایی برای انبساط حجمی گاز عمل می کند.

این رابطه در قرن نوزدهم توسط فیزیکدان جوزف گی-لوساک کشف شد. به همین دلیل است که این برابری نام خود را دارد - قانون گای لوساک.

اگر یک فلاسک شیشه ای متصل به لوله ای که سوراخ آن با مایع بسته شده است را بردارید و ساختار را گرم کنید، می توانید یک فرآیند ایزوباریک را مشاهده کنید.

شایان ذکر است که هوا در دمای اتاق دارای خواصی مشابه گاز ایده آل است.

دستورالعمل ها

پیدا کردن فشارایده آل گازدر صورت وجود ارزش ها سرعت متوسط، جرم یک مولکول و غلظت طبق فرمول P=⅓nm0v2، که n غلظت (بر حسب گرم یا مول در لیتر)، m0 جرم یک مولکول است.

محاسبه فشاراگر دما را می دانید گازو غلظت آن با استفاده از فرمول P=nkT، که در آن k – ثابت بولتزمن(k=1.38·10-23 mol·K-1)، T - دما در مقیاس کلوین مطلق.

پیدا کردن فشاراز دو نسخه معادل معادله مندلیف-کلیپرون بسته به مقادیر شناخته شده: P=mRT/MV یا P=νRT/V، که در آن R ثابت گاز جهانی است (R=8.31 ​​J/mol K)، ν - در مول، V – حجم گازدر متر مکعب

اگر عبارت مسئله، مولکول متوسط ​​را مشخص کند گازو غلظت آن را پیدا کنید فشاربا استفاده از فرمول P=⅔nEк، که در آن Ek انرژی جنبشی در J است.

پیدا کردن فشاراز قوانین گاز - ایزوکوریک (V=const) و همدما (T=const)، اگر داده شود فشاردر یکی از ایالت ها در فرآیند همحجمنسبت فشار در دو حالت برابر است با نسبت: P1/P2=T1/T2. در حالت دوم، اگر دما باقی بماند مقدار ثابت، محصول فشار گازحجم آن در حالت اول برابر است با همان حاصلضرب در حالت دوم: P1·V1=P2·V2. مقدار مجهول را بیان کنید.

هنگام محاسبه فشار جزئی بخار، اگر دما و هوا در شرایط داده شده است، بیان کنید فشاراز فرمول φ/100=Р1/Р2، که در آن φ/100 رطوبت نسبی است، Р1 جزئی است. فشاربخار آب، P2 - حداکثر مقدار بخار آب در یک دمای معین. در طول محاسبه، از جداول وابستگی حداکثر فشار بخار (حداکثر فشار جزئی) به دما بر حسب درجه سانتیگراد استفاده کنید.

مشاوره مفید

اگر نیاز به محاسبه فشار گاز در طول آزمایش دارید، از فشارسنج آنروئید یا فشارسنج جیوه برای خوانش دقیق تر استفاده کنید. کار آزمایشگاهی. برای اندازه گیری فشار گاز در ظرف یا سیلندر، از فشارسنج معمولی یا الکترونیکی استفاده کنید.

منابع:

• فشار و چگالی بخار آب اشباع بسته به دما - جدول
• فرمول فشار گاز

آیا اگر سطل را داخل آن آب بریزید مقاومت می کند؟ اگر مایع سنگین تری در آنجا بریزید چه؟ برای پاسخ به این سوال باید محاسبه کرد فشار، که مایع روی دیواره یک ظرف خاص اعمال می کند. این اغلب در تولید ضروری است - به عنوان مثال، در ساخت مخازن یا مخازن. محاسبه مقاومت ظروف اگر ما در مورددر مورد مایعات خطرناک

شما نیاز خواهید داشت

• کشتی
• مایع با چگالی مشخص
• آشنایی با قانون پاسکال
• آب سنج یا پیکنومتر
• لیوان اندازه گیری
• جدول تصحیح برای توزین هوا
• خط كش

دستورالعمل ها

منابع:

• محاسبه فشار مایع در کف و دیواره یک ظرف

حتی با کمی تلاش می‌توانید آثار قابل توجهی خلق کنید فشار. تمام آنچه برای این امر ضروری است این است که این تلاش را در یک منطقه کوچک متمرکز کنیم. برعکس، اگر نیروی قابل توجهی به طور مساوی در یک منطقه بزرگ توزیع شود، فشارنسبتاً کوچک خواهد بود. برای اینکه دقیقا بفهمید کدام یک، باید یک محاسبه انجام دهید.

دستورالعمل ها

اگر مسئله نه نیرو، بلکه جرم بار را نشان می دهد، نیرو را با استفاده از فرمول زیر محاسبه کنید: F = mg، که در آن F نیرو (N)، m جرم (kg)، g شتاب است. سقوط آزادبرابر با 9.80665 m/s².

اگر شرایط، به جای مساحت، پارامترهای هندسی ناحیه ای را که در آن مشخص می شود، نشان می دهد فشارابتدا مساحت این ناحیه را محاسبه کنید. به عنوان مثال، برای یک مستطیل: S=ab، که در آن S مساحت (m²)، a طول (m)، b عرض (m) است. برای یک دایره: S=πR²، که در آن S مساحت است (m²)، π عدد "pi"، 3.1415926535 (مقدار بدون بعد)، R - شعاع (m) است.

برای پیدا کردن فشار، نیرو را بر مساحت تقسیم کنید: P=F/S، جایی که P - فشار(Pa)، F - نیرو (n)، S - مساحت (m²).

هنگام تهیه اسناد همراه برای کالاهای در نظر گرفته شده برای صادرات، ممکن است لازم باشد بیان شود فشاربر حسب پوند بر اینچ مربع (PSI). در این مورد، با نسبت زیر هدایت شوید: 1 PSI = 6894.75729 Pa.