Kila mtu wakati wa maisha yake hukutana na miili iliyo katika mojawapo ya hali tatu za jumla za maada. Hali rahisi zaidi ya kukusanyika kusoma ni gesi. Katika makala hiyo, tutazingatia dhana ya gesi bora, kutoa equation ya hali ya mfumo, na pia kuzingatia maelezo ya halijoto kamili.
Hali ya gesi
Kila mwanafunzi ana wazo nzuri la ni hali gani ya maada anazungumzia anaposikia neno "gesi". Neno hili linaeleweka kama mwili ambao una uwezo wa kuchukua kiasi chochote kilichotolewa kwake. Haina uwezo wa kuweka sura yake, kwa sababu haiwezi kupinga hata ushawishi mdogo wa nje. Pia, gesi haibaki na ujazo, ambayo huitofautisha sio tu na yabisi, bali pia na kioevu.
Kama kioevu, gesi ni dutu ya umajimaji. Katika mchakato wa mwendo wa miili imara katika gesi, mwisho huzuia mwendo huu. Nguvu inayotokana inaitwa upinzani. Thamani yake inategemeakasi ya mwili kwenye gesi.
Mifano thabiti ya gesi ni hewa, gesi asilia inayotumika kupasha joto nyumba na kupikia, gesi ajizi (Ne, Ar) zinazotumiwa kujaza mirija ya mwanga ya utangazaji au kutumika kuunda mazingira ya ajizi (yasiyo fujo, ya ulinzi) wakati wa kuchomea..
gesi bora
Kabla ya kuendelea na maelezo ya sheria za gesi na mlingano wa serikali, unapaswa kuelewa vizuri swali la gesi bora ni nini. Dhana hii imeanzishwa katika nadharia ya kinetiki ya molekuli (MKT). Gesi bora ni gesi yoyote inayokidhi sifa zifuatazo:
- Chembe zinazoiunda haziingiliani isipokuwa migongano ya moja kwa moja ya kiufundi.
- Kama matokeo ya mgongano wa chembe na kuta za chombo au kati yao wenyewe, nishati yao ya kinetic na kasi huhifadhiwa, yaani, mgongano huo unachukuliwa kuwa elastic kabisa.
- Chembe hazina vipimo, lakini zina uzito mdogo, yaani, zinafanana na nukta nyenzo.
Ni kawaida kwamba gesi yoyote haifai, lakini halisi. Walakini, kwa kutatua shida nyingi za vitendo, makadirio haya ni halali kabisa na yanaweza kutumika. Kuna kanuni ya jumla ya majaribio ambayo inasema: bila kujali asili ya kemikali, ikiwa gesi ina joto juu ya joto la kawaida na shinikizo la utaratibu wa anga au chini, basi inaweza kuchukuliwa kuwa bora kwa usahihi wa juu na inaweza kutumika kuelezea. ni.fomula ya mlingano bora wa gesi ya serikali.
Sheria ya Clapeyron-Mendeleev
Mibadiliko kati ya hali tofauti za jumla za maada na michakato ndani ya hali moja ya jumla hushughulikiwa na thermodynamics. Shinikizo, halijoto na kiasi ni viwango vitatu ambavyo hufafanua kipekee hali yoyote ya mfumo wa halijoto. Fomula ya mlinganyo wa hali ya gesi bora inachanganya idadi zote hizi tatu katika usawa mmoja. Hebu tuandike fomula hii:
PV=nRT
Hapa P, V, T - shinikizo, sauti, halijoto, mtawalia. Thamani ya n ni kiasi cha dutu katika moles, na ishara R inaashiria mara kwa mara ya gesi. Usawa huu unaonyesha kuwa kadri bidhaa ya shinikizo na sauti inavyozidi kuwa kubwa, ndivyo lazima ziwe za kiasi cha dutu na halijoto.
Mchanganyiko wa mlingano wa hali ya gesi unaitwa sheria ya Clapeyron-Mendeleev. Mnamo 1834, mwanasayansi wa Ufaransa Emile Clapeyron, akitoa muhtasari wa matokeo ya majaribio ya watangulizi wake, alikuja kwenye equation hii. Hata hivyo, Clapeyron alitumia idadi ya mara kwa mara, ambayo Mendeleev baadaye alibadilisha na moja - gesi ya ulimwengu wote R (8, 314 J / (molK)). Kwa hivyo, katika fizikia ya kisasa, mlinganyo huu unaitwa baada ya majina ya wanasayansi wa Ufaransa na Kirusi.
Fomu Nyingine za Mlingano
Hapo juu, tuliandika mlingano wa hali ya Mendeleev-Clapeyron kwa gesi bora katika ile inayokubalika kwa jumla nafomu rahisi. Hata hivyo, katika matatizo katika thermodynamics, fomu tofauti kidogo inaweza kuhitajika mara nyingi. Fomula tatu zaidi zimeandikwa hapa chini, ambazo hufuata moja kwa moja kutoka kwa mlinganyo ulioandikwa:
PV=NkBT;
PV=m/MRT;
P=ρRT/M.
Milingano hii mitatu pia ni ya ulimwengu wote kwa gesi bora, ndani yake tu idadi kama vile m, molekuli M, msongamano ρ na idadi ya chembe N zinazounda mfumo huonekana. Alama ya kB hapa inaashiria hali isiyobadilika ya Boltzmann (1, 3810-23J/K).
Sheria ya Boyle-Mariotte
Clapeyron alipotayarisha mlinganyo wake, alitegemea sheria za gesi ambazo zilikuwa zimegunduliwa kwa majaribio miongo kadhaa mapema. Mmoja wao ni sheria ya Boyle-Mariotte. Inaonyesha mchakato wa isothermal katika mfumo uliofungwa, kama matokeo ya ambayo vigezo vya macroscopic kama shinikizo na mabadiliko ya kiasi. Ikiwa tutaweka T na n mara kwa mara katika mlinganyo wa hali kwa gesi bora, basi sheria ya gesi itachukua fomu:
P1V1=P2V 2
Hii ni sheria ya Boyle-Mariotte, ambayo inasema kwamba bidhaa ya shinikizo na sauti huhifadhiwa wakati wa mchakato wa isothermal kiholela. Katika hali hii, thamani P na V zenyewe hubadilika.
Ukipanga P(V) au V(P), basi isothermu zitakuwa hyperbolas.
Sheria za Charles na Gay-Lussac
Sheria hizi kihisabati hufafanua isobaric na isochorictaratibu, yaani, mabadiliko hayo kati ya majimbo ya mfumo wa gesi, ambayo shinikizo na kiasi huhifadhiwa, kwa mtiririko huo. Sheria ya Charles inaweza kuandikwa kihisabati kama ifuatavyo:
V/T=const wakati n, P=const.
Sheria ya Gay-Lussac imeandikwa hivi:
P/T=const wakati n, V=const.
Ikiwa usawa zote mbili zitawasilishwa katika umbo la grafu, basi tutapata mistari iliyonyooka ambayo imeelekezwa kwa pembe fulani kwa mhimili wa x. Aina hii ya grafu inaonyesha uwiano wa moja kwa moja kati ya ujazo na halijoto katika shinikizo lisilobadilika na kati ya shinikizo na halijoto kwa sauti isiyobadilika.
Kumbuka kwamba sheria zote tatu za gesi zinazozingatiwa hazizingatii muundo wa kemikali ya gesi, pamoja na mabadiliko ya kiasi chake cha dutu.
joto kamili
Katika maisha ya kila siku, tumezoea kutumia vipimo vya halijoto ya Selsiasi, kwa sababu ni rahisi kuelezea michakato inayotuzunguka. Kwa hivyo, maji huchemka kwa 100 oC na kuganda kwa 0 oC. Katika fizikia, kiwango hiki kinageuka kuwa ngumu, kwa hivyo, kinachojulikana kama kiwango cha joto kabisa, ambacho kilianzishwa na Lord Kelvin katikati ya karne ya 19, hutumiwa. Kwa mujibu wa kipimo hiki, halijoto hupimwa kwa Kelvin (K).
Inaaminika kuwa katika halijoto ya -273, 15 oC hakuna mitetemo ya joto ya atomi na molekuli, harakati zao za mbele huacha kabisa. Halijoto hii katika nyuzi joto Selsiasi inalingana na sifuri kabisa katika Kelvin (0 K). Kutoka kwa ufafanuzi huumaana ya kimwili ya halijoto kamili ifuatavyo: ni kipimo cha nishati ya kinetiki ya chembe zinazounda maada, kwa mfano, atomi au molekuli.
Kando na maana ya kimwili iliyo hapo juu ya halijoto kamili, kuna mbinu nyingine za kuelewa kiasi hiki. Mmoja wao ni sheria ya gesi iliyotajwa ya Charles. Hebu tuandike kwa namna ifuatayo:
V1/T1=V2/T 2=>
V1/V2=T1/T 2.
Usawa wa mwisho unasema kuwa katika kiwango fulani cha dutu katika mfumo (kwa mfano, mol 1) na shinikizo fulani (kwa mfano, 1 Pa), ujazo wa gesi huamua halijoto kamili. Kwa maneno mengine, ongezeko la kiasi cha gesi chini ya hali hizi inawezekana tu kutokana na ongezeko la joto, na kupungua kwa kiasi kunaonyesha kupungua kwa thamani ya T.
Kumbuka kwamba, tofauti na halijoto ya Selsiasi, halijoto kamili haiwezi kuwa hasi.
Kanuni ya Avogadro na mchanganyiko wa gesi
Mbali na sheria zilizo hapo juu za gesi, mlinganyo wa hali ya gesi bora pia unaongoza kwenye kanuni iliyogunduliwa na Amedeo Avogadro mwanzoni mwa karne ya 19, ambayo ina jina lake la mwisho. Kanuni hii inathibitisha kwamba kiasi cha gesi yoyote kwa shinikizo na joto la mara kwa mara imedhamiriwa na kiasi cha dutu katika mfumo. Fomula inayolingana inaonekana kama hii:
n/V=const wakati P, T=const.
Usemi ulioandikwa unaongoza kwa sheria inayojulikana sana katika fizikia ya gesi ya D alton ya mchanganyiko wa gesi. Hiisheria inasema kwamba shinikizo la kiasi la gesi katika mchanganyiko hubainishwa kipekee na sehemu yake ya atomiki.
Mfano wa utatuzi wa matatizo
Katika chombo kilichofungwa na kuta ngumu zilizo na gesi bora, kwa sababu ya kupasha joto, shinikizo liliongezeka kwa mara 3. Ni muhimu kubainisha halijoto ya mwisho ya mfumo ikiwa thamani yake ya awali ilikuwa 25 oC.
Kwanza, tubadilishe halijoto kutoka nyuzi joto Selsiasi hadi Kelvin, tuna:
T=25 + 273, 15=298, 15 K.
Kwa kuwa kuta za chombo ni ngumu, mchakato wa kuongeza joto unaweza kuchukuliwa kuwa wa kiisochoric. Kwa kesi hii, tunatumia sheria ya Gay-Lussac, tunayo:
P1/T1=P2/T 2=>
T2=P2/P1T 1.
Kwa hivyo, halijoto ya mwisho hubainishwa kutokana na bidhaa ya uwiano wa shinikizo na halijoto ya awali. Tukibadilisha data katika usawa, tunapata jibu: T2=894.45 K. Halijoto hii inalingana na 621.3 oC.
