Уравнение состояния идеального газа. Опытные газовые законы.

В МКТ используют идеализированную модель идеального газа.

Идеальный газ - это газ, молекулы которого можно рассматривать как материальные точки, а их взаимодействие носит характер абсолютно упругого удара. (при низком р и высокой Т реальные газы приближаются к идеальным).

Состояние некоторой массы газа определяется тремя термодинамическими параметрами: р,V,T.

Давление газа представляет собой результат ударов молекул газа о стенки сосуда, в котором газ находится.

[р]=1Па, [V]= 1м³.

В соответствии с решением XI Генеральной конференции по мерам и весам (1960 г.) применяют две температурные шкалы - термодинамическую (Кельвина) и Международную практическую (Цельсия).

За 0°С принята температура замерзания воды при р=1 атм. За 0 К принята температура, при которой должно прекратиться хаотическое движение молекул. Анализ различных процессов показывает, что 0 К недостижим, хотя приближение к нему сколь угодно близко возможно.

Градус Кельвина равен градусу Цельсия.

Т= t°С+ 273, DT=Dt°.

Между параметрами газа существует определенная связь, называемая уравнением состояния. Уравнение, связывающее параметры состояния идеального газа, называется уравнением состояния идеального газа или уравнением Клапейрона:

. (1)

Для данной массы идеального газа отношение произведения давления на объем к абсолютной температуре есть величина постоянная.

Определим значение константы для определенного количества идеального газа, а именно для одного моля.

Согласно закону Авогадро 1 моль любого газа при нормальных условиях (Т₀=273 К, р₀=10⁵ Па) имеет V_М= 22,4×10^-3 м³.

Для одного моля

- молярная газовая постоянная.

Для произвольной массы газа

уравнение Менделеева-Клапейрона – уравнение состояния идеального газа произвольной массы.

Уравнение (1) объединяет в себе три частных случая, три эмпирических закона для изопроцессов, т.е. процессов, при которых один из параметров остается постоянным.

1. Т= const – изотермический процесс,

или -

закон Бойля-Мариотта: для данной массы идеального газа при Т= const произведение давления на объем есть величина постоянная.

Графики зависимости между параметрами состояния газа при Т=const представлены на рис. 1.

2. р= const – изобарный процесс, или -

закон Гей-Люссака: для данной массы идеального газа при р=const объем прямо пропорционален абсолютной температуре.

Графики зависимости между параметрами состояния газа при р=const представлены на рис. 2.

3. V=const – изохорный процесс, или - закон Шарля: для данной массы идеального газа при V=const давление прямо пропорционально абсолютной температуре.

Графики зависимости между параметрами состояния газа при V=const представлены на рис. 3.