Thermodynamics ya mkusanyiko wa gesi hali ya mata ni tawi muhimu la fizikia ambalo huchunguza usawa wa thermodynamic na mabadiliko ya quasi-static katika mifumo. Mfano kuu ambao utabiri wa tabia ya mifumo ni msingi ni mfano bora wa gesi. Kwa matumizi yake, equation ya Mendeleev-Clapeyron ilipatikana. Izingatie katika makala.
gesi bora
Kama unavyojua, gesi zote halisi hujumuisha molekuli au atomi, umbali kati ya ambayo ni kubwa mno ikilinganishwa na ukubwa wake katika shinikizo la chini. Kwa kuongeza, kwa joto la juu, kwa kiwango kamili, nishati ya kinetic ya molekuli huzidi nishati yao inayowezekana inayohusishwa na mwingiliano dhaifu wa dipole-dipole (ikiwa, pamoja na mwingiliano huu, kuna aina nyingine za vifungo vya kemikali, kwa mfano, ionic au hidrojeni, kisha hutoa mchango mkubwa kwa kipengele kinachowezekana cha nishati ya mfumo wa ndani).
Kutokana naKwa gesi nyingi halisi chini ya hali karibu na kawaida, mtu anaweza kupuuza mwingiliano wao wa ndani na ukubwa wa chembe. Makadirio haya mawili makuu yanajumuisha muundo bora wa gesi.
Mlingano wa Mendeleev katika fizikia
Ni sahihi na haki zaidi kuita mlinganyo huu kuwa sheria ya Clapeyron-Mendeleev. Ukweli ni kwamba ilirekodiwa kwanza na mhandisi wa Ufaransa Emile Clapeyron mnamo 1834. Alifanya hivyo kwa kuchanganua sheria za gesi za Boyle-Mariotte, Gay-Lussac na Charles zilizogunduliwa mwanzoni mwa karne ya 19.
Sifa za mwanakemia wa Kirusi Dmitry Mendeleev ziko katika ukweli kwamba aliupa mlinganyo huo fomu ya kisasa na rahisi kutumia hisabati. Hasa, Mendeleev alianzisha katika equation mara kwa mara kwa gesi zote R=8, 314 J/(molK). Clapeyron mwenyewe alitumia idadi kadhaa ya viambajengo vinavyofanya mchakato wa kukokotoa kuwa mgumu.
Mlingano wa Mendeleev-Clapeyron umeandikwa kama ifuatavyo:
PV=nRT.
Usawa huu unamaanisha kuwa bidhaa ya shinikizo la P na sauti ya V kwenye upande wa kushoto wa usemi huwa sawia na bidhaa ya halijoto kamili T na kiasi cha dutu n upande wa kushoto.
Neno lililo chini ya uchunguzi hukuruhusu kupata sheria yoyote ya gesi ukirekebisha vigezo vyake viwili kati ya vinne. Katika kesi ya isoprocesses, mifumo iliyofungwa inasomwa ambayo hakuna kubadilishana kwa suala na mazingira (n=const). Michakato hii ina sifa ya kigezo kimoja kisichobadilika cha halijoto (T, P au V).
Tatizo la mfano
Sasa hebu tutatue tatizo kwenye mlingano wa Mendeleev-Clapeyron. Inajulikana kuwa oksijeni yenye uzito wa gramu 500 iko kwenye silinda yenye kiasi cha lita 100 kwa shinikizo la anga 2. Je, halijoto kwenye puto ni ngapi, ikizingatiwa kuwa mfumo uko katika usawa wa halijoto.
Kumbuka kwamba, kulingana na ufafanuzi, kiasi cha dutu huhesabiwa kwa fomula:
n=m/M.
Ambapo m ni wingi wa chembe zote za mfumo, M ni wastani wa molekuli yao ya molar. Usawa huu unaturuhusu kuandika upya mlingano wa Mendeleev katika fomu ifuatayo:
PV=mRT/M.
Ambapo tunapata fomula ya kufanya kazi kwa kazi hii:
T=PVM/(mR).
Inasalia kubadilisha idadi zote hadi vitengo vya SI na kuziweka katika usemi huu:
T=21013250, 10, 032/(0, 58, 314)=156 K.
Kiwango cha joto kinachohesabiwa ni -117 oC. Ingawa oksijeni katika halijoto hii bado ni ya gesi (huunganishwa hadi -182.96 oC), chini ya hali kama hizi muundo bora wa gesi unaweza kutumika tu kupata makadirio ya ubora wa thamani iliyokokotwa.
