Kama inavyojulikana, vitu vingi katika asili vinaweza kuwa katika hali tatu za mkusanyiko: imara, kioevu Na yenye gesi.
Mafundisho ya mali ya maada katika hali mbalimbali za mkusanyiko yanategemea mawazo kuhusu muundo wa atomiki-molekuli ya ulimwengu wa nyenzo. Nadharia ya kinetic ya molekuli ya muundo wa jambo (MKT) inategemea kanuni tatu kuu:
- vitu vyote vinajumuisha chembe ndogo (molekuli, atomi, chembe za msingi), kati ya ambayo kuna nafasi;
- chembe ziko katika mwendo unaoendelea wa joto;
- kuna nguvu za mwingiliano kati ya chembe za suala (mvuto na kukataa); asili ya nguvu hizi ni sumakuumeme.
Hii ina maana kwamba hali ya mkusanyiko wa dutu inategemea nafasi ya jamaa ya molekuli, umbali kati yao, nguvu za mwingiliano kati yao na asili ya harakati zao.
Mwingiliano kati ya chembe za dutu hutamkwa zaidi katika hali ngumu. Umbali kati ya molekuli ni takriban sawa na saizi zao wenyewe. Hii inasababisha mwingiliano wenye nguvu, ambayo kwa kweli hufanya kuwa haiwezekani kwa chembe kusonga: zinazunguka kwenye nafasi fulani ya usawa. Wanahifadhi sura na kiasi.
Tabia za kioevu pia zinaelezewa na muundo wao. Chembe za dutu katika vimiminika huingiliana kwa nguvu kidogo kuliko katika vitu vikali, na kwa hivyo vinaweza kubadilisha eneo lao ghafula - vimiminika havihifadhi umbo lao - ni maji. Vimiminika huhifadhi kiasi.
Gesi ni mkusanyiko wa molekuli zinazosonga bila mpangilio katika pande zote bila ya kila mmoja. Gesi hazina sura yao wenyewe, huchukua kiasi kizima kilichotolewa kwao na husisitizwa kwa urahisi.
Kuna hali nyingine ya suala - plasma. Plasma ni gesi iliyo na ioni kwa sehemu au kikamilifu ambayo msongamano wa chaji chanya na hasi ni karibu sawa. Inapokanzwa kwa nguvu ya kutosha, dutu yoyote huvukiza, na kugeuka kuwa gesi. Ikiwa unaongeza joto zaidi, mchakato wa ionization ya joto utaongezeka kwa kasi, yaani, molekuli za gesi zitaanza kutengana ndani ya atomi zao za kawaida, ambazo hugeuka kuwa ions.
Mfano bora wa gesi. Uhusiano kati ya shinikizo na wastani wa nishati ya kinetic.
Ili kufafanua sheria zinazosimamia tabia ya dutu katika hali ya gesi, mfano bora wa gesi halisi huzingatiwa - gesi bora. Hii ni gesi ambayo molekuli zake huzingatiwa kama sehemu za nyenzo ambazo haziingiliani kwa mbali, lakini zinaingiliana na kuta za chombo wakati wa migongano.
Gesi bora – Ni gesi ambayo mwingiliano kati ya molekuli zake hauwezekani. (Ek >> Er)
Gesi bora ni kielelezo kilichobuniwa na wanasayansi ili kuelewa gesi ambazo kwa kweli tunaona katika maumbile. Haiwezi kuelezea gesi yoyote. Haitumiki wakati gesi imesisitizwa sana, wakati gesi inageuka kuwa hali ya kioevu. Gesi halisi hutenda kama gesi bora wakati umbali wa wastani kati ya molekuli ni kubwa mara nyingi kuliko saizi zao, i.e. kwa utupu mkubwa wa kutosha.
Tabia za gesi bora:
- umbali kati ya molekuli ni kubwa zaidi kuliko ukubwa wa molekuli;
- molekuli za gesi ni ndogo sana na ni mipira ya elastic;
- nguvu za kivutio huwa na sifuri;
- mwingiliano kati ya molekuli ya gesi hutokea tu wakati wa migongano, na migongano inachukuliwa kuwa elastic kabisa;
- molekuli za gesi hii huenda kwa nasibu;
- harakati za molekuli kulingana na sheria za Newton.
Hali ya molekuli fulani ya dutu ya gesi ina sifa ya kiasi cha kimwili kinachotegemeana, kinachoitwa vigezo vya serikali. Hizi ni pamoja na kiasiV, shinikizoukna halijotoT.
Kiasi cha gesi iliyoonyeshwa na V. Kiasi gesi daima inafanana na kiasi cha chombo kinachochukua. Kitengo cha SI cha kiasi m 3.
Shinikizo– wingi wa kimwili sawa na uwiano wa nguvuF, kaimu juu ya kipengele cha uso perpendicular yake, kwa eneo hiloSkipengele hiki.
uk = F/ S SI kitengo cha shinikizo paskali[Pa]
Hadi sasa, vitengo visivyo vya kimfumo vya shinikizo vinatumika:
anga ya kiufundi 1 kwa = 9.81-104 Pa;
anga ya kimwili 1 atm = 1.013-105 Pa;
milimita ya zebaki 1 mmHg Sanaa = 133 Pa;
1 atm = = 760 mm Hg. Sanaa. = 1013 hPa.
Shinikizo la gesi linatokeaje? Kila molekuli ya gesi, kupiga ukuta wa chombo ambacho iko, hufanya kazi kwenye ukuta kwa nguvu fulani kwa muda mfupi. Kama matokeo ya athari za nasibu kwenye ukuta, nguvu inayotolewa na molekuli zote kwa kila eneo la ukuta hubadilika haraka kulingana na wakati unaohusiana na thamani fulani (wastani).
Shinikizo la gesihutokea kama matokeo ya athari za nasibu za molekuli kwenye kuta za chombo kilicho na gesi.
Kutumia mfano bora wa gesi, tunaweza kuhesabu shinikizo la gesi kwenye ukuta wa chombo.
Wakati wa mwingiliano wa molekuli na ukuta wa chombo, nguvu hutokea kati ya hizo zinazotii sheria ya tatu ya Newton. Matokeo yake, makadirio υ x kasi ya Masi perpendicular kwa ukuta hubadilisha ishara yake kwa kinyume, na makadirio υ y kasi sambamba na ukuta bado haijabadilika.
Vifaa vinavyopima shinikizo huitwa vipimo vya shinikizo. Vipimo vya shinikizo hurekodi nguvu ya wastani ya wakati kwa kila eneo la kitengo cha kipengele chake nyeti (utando) au kipokezi kingine cha shinikizo.
Vipimo vya shinikizo la kioevu:
- wazi - kwa kupima shinikizo ndogo juu ya anga
- imefungwa - kwa kupima shinikizo ndogo chini ya anga, i.e. utupu mdogo
Kipimo cha shinikizo la chuma- kwa kupima shinikizo la juu.
Sehemu yake kuu ni bomba la A, mwisho wake wazi ambao unauzwa kwa bomba B, kupitia ambayo gesi inapita, na mwisho uliofungwa umeunganishwa na mshale. Gesi huingia kupitia bomba na bomba B kwenye bomba A na kuikunja. Mwisho wa bure wa tube, kusonga, huweka utaratibu wa maambukizi na pointer katika mwendo. Kiwango kinahitimu katika vitengo vya shinikizo.
Mlinganyo wa kimsingi wa nadharia ya kinetiki ya molekuli ya gesi bora.
Mlinganyo wa msingi wa MKT: shinikizo la gesi bora ni sawia na bidhaa ya molekuli ya molekuli, mkusanyiko wa molekuli na mraba wa wastani wa kasi ya molekuli.
uk= 1/3m 0· n·v 2
m 0 - wingi wa molekuli moja ya gesi;
n = N/V - idadi ya molekuli kwa kiasi cha kitengo, au mkusanyiko wa molekuli;
v 2 - mzizi unamaanisha kasi ya mraba ya harakati ya molekuli.
Kwa kuwa wastani wa nishati ya kinetic ya mwendo wa kutafsiri wa molekuli ni E = m 0 *v 2/2, kisha kuzidisha equation ya msingi ya MKT na 2, tunapata p = 2/3 n (m 0 v 2)/2 = 2/3 E n
p = 2/3 E n
Shinikizo la gesi ni sawa na 2/3 ya nishati ya wastani ya kinetic ya mwendo wa kutafsiri wa molekuli zilizomo katika kitengo cha gesi.
Kwa kuwa m 0 n = m 0 N/V = m/V = ρ, ambapo ρ ni msongamano wa gesi, tunayo uk= 1/3· ρ·v 2
Sheria ya gesi ya Umoja.
Vipimo vya macroscopic ambavyo vinaashiria wazi hali ya gesi huitwavigezo vya thermodynamic ya gesi.
Vigezo muhimu zaidi vya thermodynamic ya gesi ni yakekiasiV, shinikizo p na halijoto T.
Mabadiliko yoyote katika hali ya gesi inaitwamchakato wa thermodynamic.
Katika mchakato wowote wa thermodynamic, vigezo vya gesi vinavyoamua mabadiliko ya hali yake.
Uhusiano kati ya maadili ya vigezo fulani mwanzoni na mwisho wa mchakato huitwasheria ya gesi.
Sheria ya gesi inayoonyesha uhusiano kati ya vigezo vyote vitatu vya gesi inaitwasheria ya pamoja ya gesi.
uk = nkT
Uwiano uk = nkT inayohusiana na shinikizo la gesi kwa joto lake na mkusanyiko wa molekuli ilipatikana kwa mfano wa gesi bora, molekuli ambayo huingiliana na kila mmoja na kwa kuta za chombo tu wakati wa migongano ya elastic. Uhusiano huu unaweza kuandikwa kwa fomu nyingine, kuanzisha uhusiano kati ya vigezo vya macroscopic ya gesi - kiasi. V, shinikizo uk, halijoto T na kiasi cha dutu ν. Ili kufanya hivyo, unahitaji kutumia usawa
ambapo n ni mkusanyiko wa molekuli, N ni jumla ya idadi ya molekuli, V ni kiasi cha gesi
Kisha tunapata au
Kwa kuwa katika molekuli ya gesi ya mara kwa mara N inabakia bila kubadilika, basi Nk ni nambari ya mara kwa mara, ambayo ina maana
Katika molekuli ya mara kwa mara ya gesi, bidhaa ya kiasi na shinikizo iliyogawanywa na joto kabisa la gesi ni thamani sawa kwa majimbo yote ya wingi huu wa gesi.
Mlinganyo unaoanzisha uhusiano kati ya shinikizo, kiasi na joto la gesi ulipatikana katikati ya karne ya 19 na mwanafizikia wa Kifaransa B. Clapeyron na mara nyingi huitwa. Mlinganyo wa Clayperon.
Mlinganyo wa Clayperon unaweza kuandikwa kwa namna nyingine.
uk = nkT,
ukizingatia hilo
Hapa N- idadi ya molekuli kwenye chombo, ν - kiasi cha dutu; N A ni ya kudumu ya Avogadro, m- wingi wa gesi kwenye chombo; M- molekuli ya gesi ya molar. Kama matokeo, tunapata:
Bidhaa ya Avogadro ya mara kwa mara N A byBoltzmann mara kwa marak inaitwa zima (molar) gesi mara kwa mara na huteuliwa na barua R.
Thamani yake ya nambari katika SI R= 8.31 J/mol K
Uwiano
kuitwa equation bora ya gesi ya serikali.
Katika fomu tuliyopokea, iliandikwa kwanza na D.I. Mendeleev. Kwa hiyo, equation ya hali ya gesi inaitwa Mlinganyo wa Clapeyron-Mendeleev.`
Kwa mole moja ya gesi yoyote uhusiano huu unachukua fomu: pV=RT
Hebu tusakinishe maana ya kimwili ya gesi ya molar mara kwa mara. Hebu tufikiri kwamba katika silinda fulani chini ya pistoni kwenye joto la E kuna mole 1 ya gesi, kiasi ambacho ni V. Ikiwa gesi inapokanzwa isobarically (kwa shinikizo la mara kwa mara) na 1 K, basi pistoni itaongezeka hadi urefu Δh, na kiasi cha gesi kitaongezeka kwa ΔV.
Hebu tuandike equation pV=RT kwa gesi yenye joto: p (V + ΔV) = R (T + 1)
na uondoe kutoka kwa usawa huu equation pV=RT, inayolingana na hali ya gesi kabla ya kupasha joto. Tunapata pΔV = R
ΔV = SΔh, ambapo S ni eneo la msingi wa silinda. Wacha tubadilishe katika equation inayosababisha:
pS = F - nguvu ya shinikizo.
Tunapata FΔh = R, na bidhaa ya nguvu na uhamisho wa pistoni FΔh = A ni kazi ya kusonga pistoni iliyofanywa na nguvu hii dhidi ya nguvu za nje wakati wa upanuzi wa gesi.
Hivyo, R = A.
Kiwango cha kawaida cha gesi ya ulimwengu (molar) ni sawa na kazi inayofanywa na mole 1 ya gesi inapokanzwa kwa kiwango cha 1 K.
Gesi bora ni mfano wa kinadharia wa gesi ambayo ukubwa na mwingiliano wa chembe za gesi hupuuzwa na tu migongano yao ya elastic huzingatiwa.
Mfano bora wa gesi ulipendekezwa mwaka wa 1847 na J. Herapat. Kulingana na mfano huu, sheria za gesi zilitokana na kinadharia (sheria ya Boyle-Mariotte, sheria ya Gay-Lussac, sheria ya Charles, sheria ya Avogadro), ambayo hapo awali ilikuwa imeanzishwa kwa majaribio. Mfano bora wa gesi ulikuwa msingi wa nadharia ya kinetic ya molekuli ya gesi.
Sheria za msingi za gesi bora ni equation ya serikali Na Sheria ya Avogadro ambayo kwa mara ya kwanza sifa za jumla za gesi (shinikizo, joto, misa) zilihusiana na wingi wa molekuli (equation ya Mendeleev-Clapeyron, au equation ya hali ya gesi bora).
Katika mfano rahisi zaidi wa gesi, molekuli huchukuliwa kuwa ndogo sana, mipira imara yenye wingi. Mwendo wa molekuli binafsi hutii sheria za Newton za mechanics. Kwa kweli, sio michakato yote katika gesi adimu inaweza kuelezewa kwa kutumia mfano kama huo, lakini shinikizo la gesi linaweza kuhesabiwa kwa kutumia.
2. Equation ya msingi ya MKT
§ Gesi bora. Ili kuelezea mali ya suala katika hali ya gesi, mfano bora wa gesi hutumiwa. Mfano bora wa gesi unachukua zifuatazo: molekuli zina kiasi kidogo cha kupuuza ikilinganishwa na kiasi cha chombo, hakuna nguvu za kuvutia kati ya molekuli, na wakati molekuli zinapogongana na kuta za chombo, nguvu za kukataa hufanya.
§ Shinikizo la gesi linalofaa. Moja ya mafanikio ya kwanza na muhimu ya nadharia ya kinetic ya molekuli ilikuwa maelezo ya ubora na kiasi cha jambo la shinikizo la gesi kwenye kuta za chombo.
§ Maelezo ya ubora wa shinikizo la gesi ni kwamba molekuli za gesi bora, wakati zinapogongana na kuta za chombo, huingiliana nao kulingana na sheria za mechanics kama miili ya elastic. Wakati molekuli inapogongana na ukuta wa chombo, makadirio ya vekta ya kasi kwenye mhimili. Lo, perpendicular kwa ukuta, hubadilisha ishara yake kwa kinyume, lakini inabaki mara kwa mara kwa ukubwa
§ Wakati wa mgongano, molekuli hufanya kazi kwenye ukuta kwa nguvu sawa, kulingana na sheria ya tatu ya Newton, kwa nguvu kwa ukubwa na kuelekezwa kinyume.
§ Kuna molekuli nyingi za gesi, na athari zake kwenye ukuta hufuata moja baada ya nyingine na mzunguko wa juu sana. Thamani ya wastani ya jumla ya kijiometri ya vikosi vinavyofanya kazi kwa sehemu ya molekuli ya mtu binafsi wakati wa migongano yao na ukuta wa chombo ni nguvu ya shinikizo la gesi. Shinikizo la gesi ni sawa na uwiano wa moduli ya nguvu ya shinikizo kwenye eneo la ukuta S:
§ Kulingana na matumizi ya kanuni za msingi za nadharia ya kinetiki ya molekuli, mlinganyo ulipatikana ambao ulifanya iwezekane kukokotoa shinikizo la gesi ikiwa misa inajulikana. m 0 molekuli za gesi, thamani ya wastani ya kasi ya mraba ya molekuli na mkusanyiko n molekuli:
§ Mlinganyo unaitwa equation ya msingi ya nadharia ya kinetiki ya molekuli.
Kuashiria thamani ya wastani ya nishati ya kinetiki ya mwendo wa kutafsiri wa molekuli za gesi bora:
3. Shinikizo la gesi
Shinikizo ni nguvu kwa kila eneo la kitengo.
Shinikizo la gesi ni matokeo ya molekuli zake kupiga kuta za chombo.
Shinikizo la gesi. Mendeleev - Clayperon equation
Shinikizo la gesi. Mlinganyo wa Clayperon.
Sheria ya gesi ya umoja (katika m-const).
Tikiti nambari 25
Yabisi safi katika hali ya kawaida ni fuwele zilizo na mpangilio karibu kamili wa vitengo vya kimuundo: atomi, ayoni au molekuli. Kikundi kidogo cha mango ya amorphous kinajulikana - kioo, resini, plastiki, nk, vipengele ambavyo (macromolecules au macroions) ni karibu kabisa bila kuamuru. Yabisi ya amofasi inaweza kuzingatiwa kama vimiminiko vilivyopozwa kupita kiasi na mnato wa juu sana. Hawana kimiani cha kioo kilichoagizwa, hawana sehemu maalum za kuyeyuka, lakini huyeyuka juu ya anuwai ya joto. Wao ni isotropiki; hii ina maana kwamba mali ya kimwili ya vitu vile ni mara kwa mara katika pande zote.
Tofauti na miili ya amofasi na vinywaji, katika fuwele kuna, kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu, mpangilio wa masafa marefu katika mpangilio wa atomi za mwili thabiti. Atomi katika kesi hii ziko kwenye nodi za gridi ya kawaida ya anga (kioo cha kioo). Kwa mwelekeo wowote katika nafasi A, B, C, D, E, ..., kupita katikati ya atomi, umbali kati ya vituo vya atomi mbili za jirani bado haujabadilika kwenye mstari mzima, lakini hutofautiana kwa mistari tofauti. Kwa mujibu wa hili, mali ya kimwili (elastiki, mitambo, mafuta, umeme, magnetic, macho, nk, itakuwa, kwa ujumla, kuwa tofauti katika mwelekeo tofauti. Sifa zisizo sawa za kioo katika mwelekeo tofauti huitwa anisotropy.
Tikiti nambari 26
Athari ya mitambo ya nje kwenye mwili husababisha kuhamishwa kwa atomi kutoka kwa nafasi za usawa na kusababisha mabadiliko katika sura na kiasi cha mwili, i.e. kwa deformation yake. Aina rahisi zaidi za deformation ni mvutano na ukandamizaji. Kebo za korongo, magari ya kebo, nyaya za kukokota, na nyuzi za ala za muziki hupata mkazo. Kuta na misingi ya majengo ni chini ya ukandamizaji. Upinde una uzoefu wa mihimili ya sakafu katika majengo na madaraja. Deformation ya bending inakuja chini ya ukandamizaji na deformations ya mvutano, ambayo hutofautiana katika sehemu tofauti za mwili.
Mkazo na dhiki. Upungufu wa kukandamiza na mvutano unaweza kuwa na sifa ya kurefusha kabisa Δl, sawa na tofauti ya urefu wa sampuli kabla ya kunyoosha l 0 na baada yake l :
Elongation kabisa katika mvutano ni chanya, na katika compression ni hasi.
Uwiano wa urefu kamili na urefu wa sampuli huitwa urefu wa jamaa :
Wakati mwili unapoharibika, nguvu za elastic hutokea. Kiasi cha kimwili sawa na uwiano wa moduli ya nguvu ya elastic kwa eneo la sehemu ya msalaba ya mwili inaitwa. dhiki ya mitambo :
Kitengo cha SI cha mkazo wa mitambo ni paskali(Pa). .
Aina rahisi zaidi za deformation ya mwili kwa ujumla:
§ shinikizo la damu,
§ msokoto.
Katika hali nyingi za vitendo, deformation iliyozingatiwa ni mchanganyiko wa kasoro kadhaa za wakati huo huo rahisi. Hatimaye, hata hivyo, deformation yoyote inaweza kupunguzwa kwa mbili rahisi zaidi: mvutano (au compression) na shear.
Tikiti nambari 27
Kuyeyuka ni mchakato wa mpito wa dutu kutoka hali ya fuwele ngumu hadi kioevu. Kuyeyuka hutokea kwa joto la mara kwa mara na ngozi ya joto. Kudumu kwa halijoto kunafafanuliwa na ukweli kwamba wakati wa kuyeyuka, joto lote linalotolewa huenda kuvuruga mpangilio wa kawaida wa anga wa atomi (molekuli) kwenye kimiani ya fuwele. Katika kesi hii, umbali wa wastani kati ya atomi na, kwa hiyo, nguvu za mwingiliano hubadilika kidogo. Kiwango myeyuko kwa kioo fulani? tabia yake muhimu, lakini sio thamani ya mara kwa mara, lakini kwa kiasi kikubwa inategemea shinikizo la nje ambalo kuyeyuka hutokea. Kwa fuwele nyingi (isipokuwa maji na baadhi ya aloi), joto la kuyeyuka huongezeka kwa kuongezeka kwa shinikizo la nje, kwani kusonga atomi kutoka kwa kila mmoja kwa shinikizo la juu kunahitaji nishati kubwa ya mwendo wa joto, yaani, joto la juu.
Joto maalum la fusion- kiasi cha joto ambacho lazima kigawiwe kwa kitengo kimoja cha wingi wa dutu ya fuwele katika mchakato wa usawa wa isobaric-isothermal ili kuihamisha kutoka hali ngumu (ya fuwele) hadi kioevu (kiasi sawa cha joto hutolewa wakati wa fuwele ya dutu).
Joto la fusion ni kesi maalum ya joto la mpito wa awamu ya kwanza.
Tofauti hufanywa kati ya joto maalum la muunganisho (J/kg) na joto la molar (J/mol).
Joto maalum la muunganisho linaonyeshwa na herufi (herufi ya Kigiriki lambda) Mfumo wa kuhesabu joto maalum la muunganisho: , ambapo ni joto maalum la muunganisho, ni kiasi cha joto kilichopokelewa na dutu wakati wa kuyeyuka (au iliyotolewa wakati wa fuwele), ni wingi wa dutu inayoyeyuka (crystallizing).
Tikiti nambari 28
Thermodynamics- tawi la fizikia linalosoma uhusiano na mabadiliko ya joto na aina zingine za nishati. Thermodynamics ya kemikali, ambayo inasoma mabadiliko ya kimwili na kemikali yanayohusiana na kutolewa au kunyonya joto, pamoja na uhandisi wa joto, imekuwa taaluma tofauti.
Katika thermodynamics, hatushughulikii molekuli za kibinafsi, lakini na miili ya macroscopic inayojumuisha idadi kubwa ya chembe. Miili hii inaitwa mifumo ya thermodynamic. Katika thermodynamics, matukio ya joto yanaelezewa na wingi wa macroscopic - shinikizo, joto, kiasi, ..., ambazo hazitumiki kwa molekuli na atomi binafsi.
Katika fizikia ya kinadharia, pamoja na thermodynamics ya phenomenological, ambayo inasoma phenomenolojia ya michakato ya joto, kuna thermodynamics ya takwimu, ambayo iliundwa kwa uthibitisho wa mitambo ya thermodynamics na ilikuwa moja ya matawi ya kwanza ya fizikia ya takwimu.
.Nishati ya ndani ya mwili (inayoashiria E au U) ni jumla ya nishati ya mwingiliano wa molekuli na mwendo wa joto wa molekuli. Nishati ya ndani ni kazi ya kipekee ya hali ya mfumo. Hii ina maana kwamba wakati wowote mfumo unajikuta katika hali fulani, nishati yake ya ndani inachukua thamani ya asili katika hali hii, bila kujali historia ya awali ya mfumo. Kwa hivyo, mabadiliko ya nishati ya ndani wakati wa mpito kutoka jimbo moja kwenda lingine itakuwa sawa na tofauti kati ya maadili yake katika majimbo ya mwisho na ya awali, bila kujali njia ambayo mpito ulifanyika.
Nishati ya ndani ya mwili haiwezi kupimwa moja kwa moja. Unaweza tu kuamua mabadiliko katika nishati ya ndani:
§ - kuletwa kwa mwili joto, kipimo ndani joules
§ - Kazi inayofanywa na mwili dhidi ya nguvu za nje, kipimo katika joules
Fomula hii ni usemi wa hisabati sheria ya kwanza ya thermodynamics
Kwa michakato ya quasi-static uhusiano ufuatao unashikilia:
§ - joto, kipimo ndani kelvins
§ - entropy, kipimo katika joules/kelvin
§ - shinikizo, kipimo ndani paskali
§ - uwezo wa kemikali
§ - idadi ya chembe katika mfumo
Molekuli zinaweza kuzingatiwa kama mifumo ya nukta za nyenzo (atomi) zinazofanya harakati za kutafsiri na za mzunguko. Wakati wa kusoma harakati za mwili, inahitajika kujua msimamo wake kuhusiana na mfumo uliochaguliwa wa kuratibu. Kwa kusudi hili, dhana ya digrii za uhuru wa mwili huletwa. Idadi ya kuratibu za kujitegemea ambazo huamua kabisa nafasi ya mwili katika nafasi inaitwa idadi ya digrii za uhuru wa mwili.
Wakati hatua inakwenda kwenye mstari wa moja kwa moja, ili kukadiria nafasi yake, unahitaji kujua kuratibu moja, i.e. uhakika una kiwango kimoja cha uhuru. Ikiwa hatua ya mwendo iko kwenye ndege, nafasi yake ina sifa ya kuratibu mbili; katika kesi hii, hatua ina digrii mbili za uhuru. Nafasi ya hatua katika nafasi imedhamiriwa na kuratibu 3. Idadi ya digrii za uhuru kawaida huonyeshwa na herufi i. Molekuli ambazo zina atomi ya kawaida huchukuliwa kuwa alama za nyenzo na zina digrii tatu za uhuru (argon, heliamu).
Tikiti nambari 29
| Fanya kazi katika thermodynamics. | |
| Katika thermodynamics, harakati za mwili kwa ujumla hazizingatiwi na tunazungumza juu ya harakati za sehemu za mwili wa macroscopic zinazohusiana na kila mmoja. Wakati kazi inafanywa, kiasi cha mwili hubadilika, lakini kasi yake inabaki sifuri. Lakini kasi molekuli za mwili hubadilika! Kwa hiyo, joto la mwili linabadilika. Sababu ni kwamba wakati wa kugongana na pistoni ya kusonga (ukandamizaji wa gesi), nishati ya kinetic ya molekuli hubadilika - pistoni hutoa sehemu ya nishati yake ya mitambo. Wakati wa kugongana na pistoni inayorudi nyuma (upanuzi), kasi ya molekuli hupungua na gesi hupungua. Wakati wa kufanya kazi katika thermodynamics, hali ya miili ya macroscopic inabadilika: kiasi chao na joto. | |
| - nguvu inayofanya kazi kwenye gesi kutoka kwa pistoni. A ni kazi ya nguvu za nje kukandamiza gesi. - nguvu inayofanya kazi kwenye pistoni kutoka upande wa gesi. A" ni kazi ya gesi kwa upanuzi = - - kulingana na sheria ya 3 ya Newton. Kwa hiyo: A = - A" = pS, ambapo p ni shinikizo, S ni eneo la pistoni. Ikiwa gesi hupanua: Dh = h 2 - h 1 - harakati ya pistoni. V 1 = Sh 1; V 2 =Sh 2. |  |
Maana ya kimwili ya gesi ya molar mara kwa mara. Acha gesi bora ipitie mabadiliko ya isobaric kutoka jimbo la 1 hadi hali ya 2. Shinikizo katika majimbo yote mawili ni sawa, hebu tuonyeshe uk. Kwa hali yoyote, equation ya Clapeyron-Mendeleev ni halali, kwa hivyo tunaweza kuandika:
p 1 V 1 = RT 1 Na p 2 V 2 = RT 2.
Wacha tupate kazi iliyofanywa na gesi:
A = p V = p(V 2 – V 1) = pV 2 – pV 1.
Wacha tubadilishe uhusiano uliopatikana hapo juu, basi:
A = RT 2 – RT 1 = R(T 2 – T 1).
Mabadiliko ya halijoto iko kwenye mabano, kwa hivyo hatimaye tunapata:
Ikiwa kuna mole moja ya gesi na mabadiliko ya joto ni 1 K, basi kazi ni sawa na mara kwa mara ya gesi ya molar.
Kiwango cha kudumu cha gesi ya molar kiidadi ni sawa na kazi inayofanywa na mole moja ya gesi bora inapochomwa moto kwa 1 K..
Tikiti nambari 30
1.Uhamisho wa joto kimwili mchakato wa uhamisho nishati ya joto kutoka kwa mwili moto zaidi hadi kwenye baridi ama moja kwa moja (kwa kuwasiliana) au kwa njia ya kutenganisha (mwili au mazingira) iliyofanywa kwa nyenzo yoyote. Wakati miili ya kimwili ya mfumo mmoja iko tofauti joto, basi hutokea uhamishaji wa nishati ya joto, au uhamisho wa joto kutoka kwa mwili mmoja hadi mwingine kabla ya kuanza usawa wa thermodynamic. Uhamisho wa joto wa papo hapo Kila mara hutokea kutoka kwa mwili wa moto zaidi hadi kwenye baridi, ambayo ni matokeo sheria ya pili ya thermodynamics
2. Kwa jumla, kuna aina tatu rahisi (msingi) za uhamishaji joto:
§ Conductivity ya joto
§ Convection
§ Mionzi ya joto
Pia kuna aina anuwai za uhamishaji wa joto tata, ambayo ni mchanganyiko wa aina za msingi. Ya kuu:
§ uhamisho wa joto (kubadilishana kwa joto kati ya mtiririko wa kioevu au gesi na uso wa imara);
§ uhamisho wa joto (kubadilishana joto kutoka kwa kioevu cha moto hadi kioevu baridi kupitia ukuta unaowatenganisha);
§ uhamisho wa joto wa convective-radiative (uhamisho wa joto pamoja na mionzi na convection);
§ convection ya thermomagnetic
Tikiti nambari 35
Injini za joto.
Injini za joto hubadilisha sehemu ya nishati ya ndani ya mfumo kuwa nishati ya mitambo na, kwa sababu yake, hufanya kazi ya mitambo.
Ili injini ya joto ifanye kazi, miili mitatu lazima iwepo: heater, maji ya kazi na jokofu (Mchoro 5.1).
Injini ya joto hufanya kazi kwa mzunguko. Baada ya kupokea kiasi fulani cha joto kutoka kwa hita Q 1, maji ya kazi, kupanua, hufanya kazi ya mitambo A, kisha inarudi kwenye hali yake ya awali - inapunguza, wakati sehemu isiyotumiwa ya joto Q 2 inatoa kwa jokofu.
Mchele. 5.1.
Kazi kwa kila mzunguko ni sawa na:
A = Q 1 – Q 2,
na ufanisi injini ya joto huhesabiwa na formula:
Ufanisi wa injini za kwanza za mvuke ulikuwa hauzidi 10-15%. Ufanisi turbine za kisasa za mvuke zinazotumiwa katika mitambo ya nguvu ni karibu na 25%, wakati kwa mitambo ya gesi hufikia 50%. Injini za mwako wa ndani zinafaa. 40-45%, na kwa injini za turbojet ni 60-70%.
Haiwezekani kuunda injini ya joto ambayo ingebadilisha joto lote lililopokelewa kutoka kwa heater kuwa kazi ya mitambo.
Huu ni uundaji mbadala sheria ya pili ya thermodynamics.
Gesi bora ni mfano wa gesi adimu ambayo mwingiliano kati ya molekuli hupuuzwa. Nguvu za mwingiliano kati ya molekuli ni ngumu sana. Katika umbali mfupi sana, molekuli zinapokaribiana, nguvu kubwa hutenda kati yao.ukubwa wa nguvu ya kuchukiza. Katika umbali mkubwa au wa kati kati ya molekuli, nguvu dhaifu za kuvutia hutenda. Ikiwa umbali kati ya molekuli kwa wastani ni kubwa, ambayo huzingatiwa katika gesi isiyo nadra sana, basi mwingiliano unajidhihirisha kwa njia ya migongano ya nadra ya molekuli na kila mmoja wakati zinaruka karibu. Katika gesi bora, mwingiliano wa molekuli hupuuzwa kabisa.
Nadharia hiyo iliundwa na mwanafizikia wa Ujerumani R. Clausis mwaka wa 1957 kwa mfano wa gesi halisi inayoitwa gesi bora. Vipengele kuu vya mfano:
- · umbali kati ya molekuli ni kubwa ikilinganishwa na ukubwa wao;
- · hakuna mwingiliano kati ya molekuli kwa mbali;
- · Wakati molekuli zinapogongana, nguvu kubwa za kukataa hufanya;
- · wakati wa mgongano ni mdogo sana kuliko wakati wa harakati za bure kati ya migongano;
- · harakati zinatii sheria ya Newton;
- · molekuli - mipira ya elastic;
- · Nanguvu za mwingiliano hutokea wakati wa mgongano.
Mipaka ya utumiaji wa mfano bora wa gesi inategemea shida inayozingatiwa. Ikiwa ni muhimu kuanzisha uhusiano kati ya shinikizo, kiasi na joto, basi gesi inaweza kuchukuliwa kuwa bora kwa usahihi mzuri hadi shinikizo la makumi kadhaa ya anga. Ikiwa mpito wa awamu kama vile uvukizi au condensation inasomwa au mchakato wa kuanzisha usawa katika gesi unazingatiwa, basi mfano bora wa gesi hauwezi kutumika hata kwa shinikizo la milimita kadhaa za zebaki.
Shinikizo la gesi kwenye ukuta wa chombo ni matokeo ya athari za machafuko za molekuli kwenye ukuta; kwa sababu ya masafa yao ya juu, athari za athari hizi hugunduliwa na hisia zetu au vyombo kama nguvu inayoendelea inayofanya kazi kwenye ukuta wa chombo. na kuunda shinikizo.
Hebu molekuli moja iwe katika chombo kilicho na umbo la parallelepiped ya mstatili (Mchoro 1). Hebu tuzingatie, kwa mfano, athari za molekuli hii kwenye ukuta wa kulia wa chombo, perpendicular kwa mhimili wa X. Tunazingatia athari za molekuli kwenye kuta kuwa elastic kabisa, kisha angle ya kutafakari ya molekuli kutoka ukuta ni sawa na angle ya matukio, na ukubwa wa kasi haubadilika kutokana na athari. Kwa upande wetu, juu ya athari, makadirio ya kasi ya molekuli kwenye mhimili U haibadilika, na makadirio ya kasi kwenye mhimili X ishara ya mabadiliko. Kwa hivyo, makadirio ya mabadiliko ya msukumo juu ya athari kwa kiasi sawa na , ishara "-" inamaanisha kuwa makadirio ya kasi ya mwisho ni hasi, na makadirio ya kasi ya awali ni chanya.
Wacha tuamue idadi ya athari za molekuli kwenye ukuta fulani katika sekunde 1. Ukubwa wa makadirio ya kasi haubadilika wakati wa kupiga ukuta wowote, i.e. tunaweza kusema kwamba harakati ya molekuli kando ya mhimili X sare. Katika sekunde 1, huruka umbali sawa na makadirio ya kasi. Kutoka kwa athari hadi athari inayofuata kwenye ukuta huo huo, molekuli huruka kando ya mhimili wa X umbali sawa na mara mbili ya urefu wa chombo. 2
L. Kwa hiyo, idadi ya athari za molekuli kwenye ukuta uliochaguliwa ni sawa na. Kulingana na sheria ya 2 ya Newton, nguvu ya wastani ni sawa na mabadiliko ya kasi ya mwili kwa wakati wa kitengo. Ikiwa, kwa kila athari kwenye ukuta, chembe hubadilisha kasi kwa kiasi, na idadi ya athari kwa kila kitengo ni sawa na , basi nguvu ya wastani inayofanya kazi kwenye molekuli kutoka ukutani (sawa kwa ukubwa na nguvu inayofanya kazi kwenye ukuta kutoka kwa molekuli) ni sawa na , na shinikizo la wastani la molekuli sawa na ukuta 
, wapi V- kiasi cha chombo.
Ikiwa molekuli zote zingekuwa na kasi sawa, basi shinikizo la jumla lingepatikana kwa kuzidisha thamani hii kwa idadi ya chembe. N, i.e. . Lakini kwa kuwa molekuli za gesi zina kasi tofauti, formula hii itakuwa na thamani ya wastani ya mraba wa kasi, basi formula itachukua fomu:.
Mraba wa moduli ya kasi ni sawa na jumla ya mraba wa makadirio yake, hii pia hutokea kwa maadili yao ya wastani: 
. Kwa sababu ya hali ya machafuko ya mwendo wa joto, maadili ya wastani ya miraba yote ya makadirio ya kasi ni sawa, kwa sababu. hakuna harakati ya upendeleo ya molekuli katika mwelekeo wowote. Kwa hiyo, na kisha formula ya shinikizo la gesi itachukua fomu:. Ikiwa tutaanzisha nishati ya kinetic ya molekuli, tunapata wapi wastani wa nishati ya kinetic ya molekuli.
Kulingana na Boltzmann, wastani wa nishati ya kinetic ya molekuli ni sawia na joto kamili, na kisha shinikizo la gesi bora ni sawa na au.
Ukiingiza mkusanyiko wa chembe , fomula itaandikwa upya kama ifuatavyo:
Idadi ya chembe inaweza kuwakilishwa kama bidhaa ya idadi ya moles na idadi ya chembe katika mole, sawa na idadi ya Avogadro na bidhaa. Kisha (1) itaandikwa kama:
Hebu fikiria sheria fulani za gesi. Kwa joto la mara kwa mara na wingi, inafuata kutoka (4) kwamba, i.e. kwa joto la mara kwa mara na wingi wa gesi, shinikizo lake ni kinyume na kiasi chake. Sheria hii inaitwa sheria ya Boyle na Mariotte, na mchakato ambao halijoto ni thabiti inaitwa isothermal.
Kwa mchakato wa isobaric unaotokea kwa shinikizo la mara kwa mara, inafuata kutoka (4) kwamba, i.e. kiasi ni sawia na halijoto kamili. Sheria hii inaitwa sheria ya Gay-Lussac.
Kwa mchakato wa isochoric unaotokea kwa kiasi cha mara kwa mara, inafuata kutoka (4) kwamba, i.e. shinikizo ni sawia na joto kamili. Sheria hii inaitwa sheria ya Charles.
Sheria hizi tatu za gesi ni kesi maalum za mlingano bora wa gesi wa serikali. Kihistoria, ziligunduliwa kwanza kwa majaribio, na baadaye tu zilipatikana kinadharia, kulingana na dhana za Masi.
Gesi bora(gesi bora) - gesi ambayo nguvu za mwingiliano kati ya molekuli zinaweza kupuuzwa. Au: gesi ambayo hali ya msawazo inaelezewa na mlinganyo wa Clapeyron na ambayo hakuna nguvu za mwingiliano kati ya molekuli, na ujazo wa molekuli ni sifuri.
Gesi bora- mfano wa hisabati wa gesi, ambayo, ndani ya mfumo wa nadharia ya kinetic ya molekuli, inachukuliwa kuwa: 1) nishati ya uwezekano wa mwingiliano wa chembe zinazounda gesi inaweza kupuuzwa kwa kulinganisha na nishati yao ya kinetic; 2) jumla ya kiasi cha chembe za gesi ni kidogo; 3) hakuna nguvu za kuvutia au kukataa kati ya chembe, migongano ya chembe kwa kila mmoja na kwa kuta za chombo ni elastic kabisa; 4) muda wa mwingiliano kati ya chembe hauchukuliwi ikilinganishwa na muda wa wastani kati ya migongano. Katika mfano uliopanuliwa wa gesi bora, chembe ambazo zinajumuisha ni katika mfumo wa nyanja za elastic au ellipsoids, ambayo inafanya uwezekano wa kuzingatia nishati ya sio tu ya kutafsiri, lakini pia mwendo wa mzunguko-oscillatory, na pia. si tu kati, lakini pia migongano isiyo ya kati ya chembe. Katika thermodynamics, gesi bora ni ile inayotii equation ya hali ya joto ya Clapeyron-Mendeleev.
Mfano huo hutumiwa sana kutatua matatizo ya thermodynamics ya gesi na aerogasdynamics. Kwa mfano, hewa kwenye shinikizo la anga na joto la chumba huelezwa kwa usahihi mkubwa na mfano huu. Katika hali ya joto kali au shinikizo, mfano sahihi zaidi, kama vile modeli ya gesi ya van der Waals, ambayo inazingatia mvuto kati ya molekuli, inahitajika.
Kuna gesi bora ya classical (mali zake zinatokana na sheria za mechanics ya classical na ilivyoelezwa na takwimu za Boltzmann) na gesi bora ya quantum (mali imedhamiriwa na sheria za mechanics ya quantum na ilivyoelezwa na Fermi-Dirac au Bose-Einstein takwimu).
Uwepo wa shinikizo la anga ulionyeshwa na majaribio kadhaa katika karne ya 17. Moja ya uthibitisho wa kwanza wa nadharia hiyo ilikuwa hemispheres ya Magdeburg, iliyoundwa na mhandisi wa Ujerumani Guericke. Hewa ilitolewa nje ya nyanja iliyoundwa na hemispheres, baada ya hapo ilikuwa vigumu kuwatenganisha kutokana na shinikizo la nje la hewa. Jaribio lingine kama sehemu ya utafiti wa asili ya shinikizo la anga lilifanywa na Robert Boyle. Ilijumuisha ukweli kwamba ikiwa utauza bomba la glasi lililopindika kutoka mwisho mfupi, na kuongeza zebaki kila wakati kwenye kiwiko kirefu, haitainuka hadi juu ya kiwiko kifupi, kwani hewa kwenye bomba, ikikandamiza, ingesawazisha. shinikizo la zebaki juu yake. Kufikia 1662, majaribio haya yalisababisha kuundwa kwa sheria ya Boyle-Mariotte.
Mnamo 1802, Gay-Lussac alichapisha kwa mara ya kwanza katika vyombo vya habari vya wazi sheria ya juzuu (inayoitwa sheria ya Gay-Lussac katika fasihi ya lugha ya Kirusi), lakini Gay-Lussac mwenyewe aliamini kwamba ugunduzi huo ulifanywa na Jacques Charles katika kazi ambayo haijachapishwa ya zamani. 1787. Kwa kujitegemea, sheria hiyo iligunduliwa mwaka wa 1801 na mwanafizikia wa Kiingereza John Dalton. Kwa kuongezea, sheria hiyo ilielezewa kwa ubora na Mfaransa Guillaume Amonton mwishoni mwa karne ya 17. Baadaye, aliboresha majaribio yake na kugundua kuwa wakati hali ya joto inabadilika kutoka 0 hadi 100 ° C, kiasi cha hewa huongezeka kwa mstari na 0.375. Baada ya kufanya majaribio sawa na gesi zingine, Gay-Lussac aligundua kuwa nambari hii ni sawa kwa gesi zote, licha ya maoni yanayokubalika kwa ujumla kwamba gesi tofauti hupanuka kwa njia tofauti zinapokanzwa.
Mnamo 1834, kutoka kwa mchanganyiko wa sheria hizi, Clapeyron aliweza kuunda usawa bora wa gesi. Sheria hiyo hiyo, ambayo tayari inatumia nadharia ya kinetic ya Masi, iliundwa na August Kroenig mnamo 1856 na Rudolf Clausius mnamo 1857.
Sifa ya gesi bora kulingana na dhana ya kinetic ya Masi imedhamiriwa kulingana na mfano wa asili wa gesi bora, ambayo mawazo yafuatayo hufanywa:
Katika kesi hiyo, chembe za gesi hutembea kwa kujitegemea, shinikizo la gesi kwenye ukuta ni sawa na kasi ya jumla iliyohamishwa wakati wa mgongano wa chembe na ukuta kwa wakati wa kitengo, na nishati ya ndani ni jumla ya nguvu za umeme. chembe za gesi.
Kulingana na uundaji sawa, gesi bora ni gesi ambayo inatii wakati huo huo sheria ya Boyle-Mariotte na Gay-Lussac, ambayo ni:
,shinikizo iko wapi na ni joto kamili. Sifa za gesi bora zinaelezewa na hesabu ya Clapeyron-Mendeleev:
, iko wapi gesi ya ulimwengu wote, ni misa, ni molekuli ya molar,
,iko wapi mkusanyiko wa chembe na ni mara kwa mara ya Boltzmann.
Kitengo cha Maelezo: Nadharia ya kinetiki ya Molekuli Imechapishwa 05.11.2014 07:28 Maoni: 12962Gesi ni mojawapo ya hali nne za mkusanyiko ambapo dutu inaweza kuwepo.
Chembe zinazounda gesi zinatembea sana. Wanasogea karibu kwa uhuru na kwa fujo, mara kwa mara wakigongana kama mipira ya billiard. Mgongano kama huo unaitwa mgongano wa elastic . Wakati wa mgongano, wao hubadilisha sana asili ya harakati zao.
Kwa kuwa katika vitu vya gesi umbali kati ya molekuli, atomi na ioni ni kubwa zaidi kuliko ukubwa wao, chembe hizi huingiliana kwa udhaifu sana na kila mmoja, na nishati yao ya mwingiliano inayowezekana ni ndogo sana ikilinganishwa na nishati ya kinetic.
Uunganisho kati ya molekuli katika gesi halisi ni ngumu. Kwa hiyo, pia ni vigumu sana kuelezea utegemezi wa joto lake, shinikizo, kiasi cha mali ya molekuli wenyewe, wingi wao, na kasi ya harakati zao. Lakini kazi hiyo imerahisishwa sana ikiwa, badala ya gesi halisi, tunazingatia mfano wake wa hisabati - gesi bora .
Inachukuliwa kuwa katika mfano bora wa gesi hakuna nguvu za kuvutia au za kukataa kati ya molekuli. Wote hutembea kwa kujitegemea. Na sheria za mechanics ya classical ya Newton inaweza kutumika kwa kila mmoja wao. Na wanaingiliana na kila mmoja tu wakati wa migongano ya elastic. Muda wa mgongano wenyewe ni mfupi sana ikilinganishwa na muda kati ya migongano.
Gesi bora ya classical
Wacha tujaribu kufikiria molekuli za gesi bora kama mipira ndogo iliyo kwenye mchemraba mkubwa kwa umbali mkubwa kutoka kwa kila mmoja. Kwa sababu ya umbali huu, hawawezi kuingiliana na kila mmoja. Kwa hiyo, uwezo wao wa nishati ni sifuri. Lakini mipira hii inasonga kwa kasi kubwa. Hii inamaanisha kuwa wana nishati ya kinetic. Wanapogongana na kuta za mchemraba, wanafanya kama mipira, ambayo ni, wanaruka kwa usawa. Wakati huo huo, wanabadilisha mwelekeo wa harakati zao, lakini hawabadili kasi yao. Hivi ndivyo mwendo wa molekuli katika gesi bora unavyoonekana.
- Nishati inayoweza kutokea ya mwingiliano kati ya molekuli za gesi bora ni ndogo sana hivi kwamba inapuuzwa ikilinganishwa na nishati ya kinetiki.
- Molekuli katika gesi bora pia ni ndogo sana kwamba zinaweza kuchukuliwa kuwa pointi za nyenzo. Na hii ina maana kwamba wao jumla ya kiasi pia ni kidogo ikilinganishwa na kiasi cha chombo ambacho gesi iko. Na kiasi hiki pia kinapuuzwa.
- Muda wa wastani kati ya migongano ya molekuli ni kubwa zaidi kuliko wakati wa mwingiliano wao wakati wa mgongano. Kwa hiyo, wakati wa kuingiliana pia hupuuzwa.
Gesi daima huchukua sura ya chombo ambacho iko. Chembe zinazosonga hugongana na kila mmoja na kwa kuta za chombo. Wakati wa athari, kila molekuli hutoa nguvu fulani kwenye ukuta kwa muda mfupi sana. Hivi ndivyo inavyotokea shinikizo . Shinikizo la jumla la gesi ni jumla ya shinikizo la molekuli zote.
Mlinganyo bora wa gesi ya serikali
Hali ya gesi bora ina sifa ya vigezo vitatu: shinikizo, kiasi Na joto. Uhusiano kati yao unaelezewa na equation:
Wapi R - shinikizo,
V M - kiasi cha molar,
R - gesi ya ulimwengu wote,
T - joto kabisa (digrii Kelvin).
Kwa sababu V M = V / n , Wapi V - kiasi, n - kiasi cha dutu, na n= m/M , Hiyo
Wapi m - molekuli ya gesi, M - molekuli ya molar. Equation hii inaitwa Equation ya Mendeleev-Clayperon .
Kwa wingi wa mara kwa mara equation inakuwa:
Equation hii inaitwa sheria ya pamoja ya gesi .
Kutumia sheria ya Mendeleev-Cliperon, moja ya vigezo vya gesi inaweza kuamua ikiwa wengine wawili wanajulikana.
Isoprocesses
Kutumia equation ya sheria ya umoja wa gesi, inawezekana kujifunza michakato ambayo wingi wa gesi na moja ya vigezo muhimu zaidi - shinikizo, joto au kiasi - kubaki mara kwa mara. Katika fizikia, michakato kama hiyo inaitwa isoprocesses .
Kutoka Sheria ya pamoja ya gesi inaongoza kwa sheria zingine muhimu za gesi: Sheria ya Boyle-Mariotte, Sheria ya Gay-Lussac, Sheria ya Charles, au sheria ya pili ya Gay-Lussac.
Mchakato wa isothermal
Mchakato ambao shinikizo au kiasi hubadilika lakini halijoto inabaki bila kubadilika inaitwa mchakato wa isothermal .
Katika mchakato wa isothermal T = const, m = const .
Tabia ya gesi katika mchakato wa isothermal inaelezewa na Sheria ya Boyle-Mariotte . Sheria hii iligunduliwa kwa majaribio Mwanafizikia wa Kiingereza Robert Boyle mwaka 1662 na Mwanafizikia wa Ufaransa Edme Mariotte mwaka wa 1679. Zaidi ya hayo, walifanya hivyo kwa kujitegemea. Sheria ya Boyle-Marriott imeundwa kama ifuatavyo: Katika gesi bora kwa joto la mara kwa mara, bidhaa ya shinikizo la gesi na kiasi chake pia ni mara kwa mara.
Mlinganyo wa Boyle-Marriott unaweza kutolewa kutoka kwa sheria ya pamoja ya gesi. Kubadilisha katika fomula T = const , tunapata
uk · V = const
Ndivyo ilivyo Sheria ya Boyle-Mariotte . Kutoka kwa formula ni wazi kuwa shinikizo la gesi kwa joto la mara kwa mara ni kinyume na kiasi chake. Shinikizo la juu, sauti ya chini, na kinyume chake.
Jinsi ya kuelezea jambo hili? Kwa nini shinikizo la gesi hupungua wakati kiasi cha gesi kinaongezeka?
Kwa kuwa hali ya joto ya gesi haibadilika, mzunguko wa migongano ya molekuli na kuta za chombo haubadilika. Ikiwa kiasi kinaongezeka, mkusanyiko wa molekuli huwa chini. Kwa hivyo, kwa kila eneo la kitengo kutakuwa na molekuli chache ambazo zinagongana na kuta kwa wakati wa kitengo. Shinikizo linashuka. Wakati kiasi kinapungua, idadi ya migongano, kinyume chake, huongezeka. Ipasavyo, shinikizo huongezeka.
Graphically, mchakato wa isothermal unaonyeshwa kwenye ndege ya curve, ambayo inaitwa isotherm . Ana sura hyperboli.
Kila thamani ya joto ina isotherm yake mwenyewe. Ya juu ya joto, juu ya isotherm sambamba iko.
Mchakato wa Isobaric
Michakato ya kubadilisha joto na kiasi cha gesi kwa shinikizo la mara kwa mara huitwa isobaric . Kwa mchakato huu m = const, P = const.
Utegemezi wa kiasi cha gesi kwenye joto lake kwa shinikizo la mara kwa mara pia ulianzishwa kimajaribio Mwanakemia na mwanafizikia wa Ufaransa Joseph Louis Gay-Lussac, ambaye aliichapisha mwaka wa 1802. Ndiyo sababu inaitwa Sheria ya Gay-Lussac : " Na kadhalika na shinikizo la mara kwa mara, uwiano wa kiasi cha molekuli ya mara kwa mara ya gesi kwa joto lake kamili ni thamani ya mara kwa mara."
Katika P = const equation ya sheria ya umoja wa gesi inageuka Mlinganyo wa Mashoga-Lussac .
Mfano wa mchakato wa isobaric ni gesi iliyo ndani ya silinda ambayo pistoni inasonga. Wakati joto linapoongezeka, mzunguko wa molekuli zinazopiga kuta huongezeka. Shinikizo huongezeka na pistoni huinuka. Matokeo yake, kiasi kinachochukuliwa na gesi katika silinda huongezeka.
Graphically, mchakato wa isobaric unawakilishwa na mstari wa moja kwa moja, unaoitwa isobar .
Shinikizo la juu katika gesi, chini ya isobar sambamba iko kwenye grafu.
Mchakato wa Isochoric
Isochoric, au isochoric, ni mchakato wa kubadilisha shinikizo na joto la gesi bora kwa kiasi cha mara kwa mara.
Kwa mchakato wa isochoric m = const, V = const.
Ni rahisi sana kufikiria mchakato kama huo. Inatokea kwenye chombo cha kiasi kilichowekwa. Kwa mfano, kwenye silinda, pistoni ambayo haisogei, lakini imewekwa kwa ukali.
Mchakato wa isochoric umeelezewa Sheria ya Charles : « Kwa molekuli fulani ya gesi kwa kiasi cha mara kwa mara, shinikizo lake ni sawia na joto" Mvumbuzi na mwanasayansi wa Kifaransa Jacques Alexandre César Charles alianzisha uhusiano huu kupitia majaribio mwaka wa 1787. Mnamo 1802, ilifafanuliwa na Gay-Lussac. Kwa hivyo sheria hii wakati mwingine inaitwa Sheria ya pili ya Gay-Lussac.
Katika V = const kutoka kwa equation ya sheria ya umoja wa gesi tunapata equation Sheria ya Charles au Sheria ya pili ya Gay-Lussac .
Kwa kiasi cha mara kwa mara, shinikizo la gesi huongezeka ikiwa joto lake linaongezeka. .
Kwenye grafu, mchakato wa isochoric unawakilishwa na mstari unaoitwa isochore .
Kiasi kikubwa kilichochukuliwa na gesi, chini ya isochore inayofanana na kiasi hiki iko.
Kwa kweli, hakuna parameter ya gesi inaweza kudumishwa bila kubadilika. Hii inaweza kufanyika tu katika hali ya maabara.
Bila shaka, gesi bora haipo katika asili. Lakini katika gesi halisi ambazo hazipatikani kwa joto la chini sana na shinikizo zisizozidi anga 200, umbali kati ya molekuli ni kubwa zaidi kuliko ukubwa wao. Kwa hiyo, mali zao zinakaribia zile za gesi bora.