Kati ya hali nne za jumla za maada, gesi labda ndiyo rahisi zaidi kulingana na maelezo yake halisi. Katika makala haya, tunazingatia makadirio ambayo hutumiwa kwa maelezo ya hisabati ya gesi halisi, na pia kutoa kinachojulikana kama mlinganyo wa Clapeyron.
gesi bora
Gesi zote tunazokutana nazo wakati wa uhai (methane asilia, hewa, oksijeni, nitrojeni, na kadhalika) zinaweza kuainishwa kuwa bora. Bora ni hali yoyote ya gesi ambayo chembe husogea kwa nasibu katika mwelekeo tofauti, migongano yao ni elastic 100%, chembe haziingiliani, ni pointi za nyenzo (zina wingi na hazina kiasi).
Kuna nadharia mbili tofauti ambazo mara nyingi hutumiwa kuelezea hali ya gesi ya maada: molekuli kinetiki (MKT) na thermodynamics. MKT hutumia sifa za gesi bora, usambazaji wa takwimu wa kasi ya chembe, na uhusiano wa nishati ya kinetic na kasi ya joto ili kukokotoa.sifa za macroscopic za mfumo. Kwa upande wake, thermodynamics haiingii kwenye muundo wa microscopic wa gesi, inazingatia mfumo kwa ujumla, ikielezea kwa vigezo vya macroscopic thermodynamic.
Vigezo vya thermodynamic vya gesi bora
Kuna vigezo vitatu kuu vya kuelezea gesi bora na sifa moja ya ziada ya makroskopu. Hebu tuorodheshe:
- Joto T- huakisi nishati ya kinetiki ya molekuli na atomi katika gesi. Imeonyeshwa kwa K (Kelvin).
- Volume V - inabainisha sifa za anga za mfumo. Imebainishwa kwa mita za ujazo.
- Shinikizo P - kutokana na athari ya chembe za gesi kwenye kuta za chombo kilichomo. Thamani hii hupimwa katika mfumo wa SI katika pascals.
- Kiasi cha dutu n - kitengo ambacho ni rahisi kutumia wakati wa kuelezea idadi kubwa ya chembe. Katika SI, n inaonyeshwa kwa fuko.
Zaidi katika makala, fomula ya mlinganyo ya Clapeyron itatolewa, ambapo sifa zote nne zilizoelezwa za gesi bora zipo.
Mlinganyo wa hali ya jumla
Mlinganyo bora wa gesi ya Clapeyron kwa kawaida huandikwa katika fomu ifuatayo:
PV=nRT
Usawa unaonyesha kuwa bidhaa ya shinikizo na sauti lazima iwiane na bidhaa ya halijoto na kiasi cha dutu kwa gesi yoyote bora. Thamani R inaitwa gesi ya kawaida ya ulimwengu wote na wakati huo huo mgawo wa uwiano kati ya kuu.sifa kubwa za mfumo.
Kipengele muhimu cha mlingano huu inapaswa kuzingatiwa: haitegemei asili ya kemikali na muundo wa gesi. Ndiyo maana mara nyingi huitwa ulimwengu wote.
Kwa mara ya kwanza usawa huu ulipatikana mwaka wa 1834 na mwanafizikia na mhandisi Mfaransa Emile Clapeyron kama matokeo ya ujumla wa sheria za majaribio za Boyle-Mariotte, Charles na Gay-Lussac. Walakini, Clapeyron alitumia mfumo usiofaa wa viunga. Baadaye, viambajengo vyote vya Clapeyron vilibadilishwa na thamani moja R. Dmitry Ivanovich Mendeleev alifanya hivyo, kwa hiyo usemi ulioandikwa pia unaitwa fomula ya mlinganyo wa Clapeyron-Mendeleev.
Fomu Nyingine za Mlingano
Katika aya iliyotangulia, njia kuu ya kuandika mlinganyo wa Clapeyron ilitolewa. Walakini, katika shida katika fizikia, viwango vingine vinaweza kutolewa mara nyingi badala ya kiasi cha maada na ujazo, kwa hivyo itakuwa muhimu kutoa aina zingine za uandishi wa equation ya ulimwengu kwa gesi bora.
Usawa ufuatao unafuata kutoka kwa nadharia ya MKT:
PV=NkBT.
Hii pia ni mlinganyo wa hali, ni kiasi cha N (idadi ya chembe) tu ambacho si rahisi kutumia kuliko kiasi cha dutu n kinachoonekana ndani yake. Pia hakuna gesi ya ulimwengu wote. Badala yake, mara kwa mara ya Boltzmann hutumiwa. Usawa ulioandikwa hubadilishwa kwa urahisi kuwa umbo la ulimwengu wote ikiwa maneno yafuatayo yatazingatiwa:
n=N/NA;
R=NAkB.
Hapa NA- Nambari ya Avogadro.
Aina nyingine muhimu ya mlinganyo wa hali ni:
PV=m/MRT
Hapa, uwiano wa m ya gesi kwa molekuli ya molar M ni, kwa ufafanuzi, kiasi cha dutu n.
Mwishowe, usemi mwingine muhimu wa gesi bora ni fomula inayotumia dhana ya msongamano wake ρ:
P=ρRT/M
Kutatua Matatizo
Hidrojeni iko kwenye silinda ya lita 150 chini ya shinikizo la angahewa 2. Ni muhimu kuhesabu msongamano wa gesi ikiwa hali ya joto ya silinda inajulikana kuwa 300 K.
Kabla hatujaanza kusuluhisha tatizo, hebu tubadilishe viwango vya shinikizo na sauti kuwa SI:
P=2 atm.=2101325=202650 Pa;
V=15010-3=0.15 m3.
Ili kukokotoa msongamano wa hidrojeni, tumia mlingano ufuatao:
P=ρRT/M.
Kutoka kwake tunapata:
ρ=MP/(RT).
Mizani ya molar ya hidrojeni inaweza kutazamwa katika jedwali la upimaji la Mendeleev. Ni sawa na 210-3kg/mol. Thamani ya R ni 8.314 J/(molK). Kubadilisha maadili haya na maadili ya shinikizo, joto na kiasi kutoka kwa hali ya shida, tunapata msongamano ufuatao wa hidrojeni kwenye silinda:
ρ=210-3202650/(8, 314300)=0.162 kg/m3.
Kwa kulinganisha, msongamano wa hewa ni takriban 1.225 kg/m3kwa shinikizo la angahewa 1. Hidrojeni haina mnene sana, kwa kuwa molekuli yake ya molar ni kidogo sana kuliko ile ya hewa (mara 15).
