Kusoma sifa na tabia ya gesi bora ndio ufunguo wa kuelewa fizikia ya eneo hili kwa ujumla. Katika makala hii, tutazingatia ni nini dhana ya gesi bora ya monatomic inajumuisha, ni hesabu gani zinazoelezea hali yake na nishati ya ndani. Pia tutatatua matatizo kadhaa kwenye mada hii.
Dhana ya jumla
Kila mwanafunzi anajua kwamba gesi ni mojawapo ya hali tatu za jumla za maada, ambayo, tofauti na kigumu na kimiminiko, haihifadhi ujazo. Kwa kuongeza, pia haihifadhi sura yake na daima hujaza kiasi kilichotolewa kwake kabisa. Kwa kweli, sifa ya mwisho inatumika kwa kinachojulikana kama gesi bora.
Dhana ya gesi bora inahusiana kwa karibu na nadharia ya kinetiki ya molekuli (MKT). Kwa mujibu wa hayo, chembe za mfumo wa gesi huenda kwa nasibu katika pande zote. Kasi zao zinatii usambazaji wa Maxwell. Chembe haziingiliani na kila mmoja, na umbalikati yao kuzidi saizi yao. Ikiwa masharti yote hapo juu yatatimizwa kwa usahihi fulani, basi gesi inaweza kuchukuliwa kuwa bora.
Midia yoyote halisi iko karibu na tabia yake kama ina msongamano wa chini na halijoto ya juu kabisa. Kwa kuongezea, lazima ziwe na molekuli au atomi ambazo hazifanyi kazi kwa kemikali. Kwa hivyo, kutokana na kuwepo kwa mwingiliano mkali wa hidrojeni kati ya H2 molekuli HO, mwingiliano mkali wa hidrojeni hauzingatiwi kuwa gesi bora, lakini hewa, inayojumuisha molekuli zisizo za polar, ni.
Sheria ya Clapeyron-Mendeleev
Wakati wa uchambuzi, kutoka kwa mtazamo wa MKT, tabia ya gesi katika usawa, equation ifuatayo inaweza kupatikana, ambayo inahusiana na vigezo kuu vya thermodynamic ya mfumo:
PV=nRT.
Hapa shinikizo, sauti na halijoto vinaashiriwa kwa herufi za Kilatini P, V na T mtawalia. Thamani ya n ni kiasi cha dutu ambayo inakuwezesha kuamua idadi ya chembe katika mfumo, R ni mara kwa mara ya gesi, bila kujitegemea asili ya kemikali ya gesi. Ni sawa na 8, 314 J / (Kmol), yaani, gesi yoyote bora kwa kiasi cha 1 mol wakati inapokanzwa na 1 K, kupanua, hufanya kazi ya 8, 314 J.
Usawa uliorekodiwa unaitwa mlingano wa jumla wa hali ya Clapeyron-Mendeleev. Kwa nini? Inaitwa hivyo kwa heshima ya mwanafizikia wa Kifaransa Emile Clapeyron, ambaye katika miaka ya 30 ya karne ya 19, akisoma sheria za gesi za majaribio zilizoanzishwa hapo awali, aliandika kwa fomu ya jumla. Baadaye, Dmitri Mendeleev alimwongoza kwa kisasafomu kwa kuingiza R.
Nishati ya ndani ya kati ya monatomiki
Gesi bora ya monatomiki inatofautiana na ile ya polyatomic kwa kuwa chembe zake zina digrii tatu tu za uhuru (mwendo wa kutafsiri kwenye mihimili mitatu ya nafasi). Ukweli huu husababisha fomula ifuatayo ya wastani wa nishati ya kinetiki ya atomi moja:
mv2 / 2=3 / 2kB T.
Kasi v inaitwa mzizi maana ya mraba. Uzito wa atomi na salio la Boltzmann huashiriwa kama m na kBmtawalia.
Kulingana na ufafanuzi wa nishati ya ndani, ni jumla ya vipengele vya kinetiki na vinavyowezekana. Hebu fikiria kwa undani zaidi. Kwa kuwa gesi bora haina nishati inayoweza kutokea, nishati yake ya ndani ni nishati ya kinetic. formula yake ni ipi? Tukihesabu nishati ya chembe zote N katika mfumo, tunapata usemi ufuatao wa nishati ya ndani U ya gesi ya monatomiki:
U=3 / 2nRT.
Mifano inayohusiana
Jukumu 1. Gesi ya monatomic bora hupita kutoka hali 1 hadi hali 2. Uzito wa gesi unabaki mara kwa mara (mfumo uliofungwa). Ni muhimu kuamua mabadiliko katika nishati ya ndani ya kati ikiwa mpito ni isobaric kwa shinikizo sawa na anga moja. Kiasi cha delta ya chombo cha gesi kilikuwa lita tatu.
Hebu tuandike fomula ya kubadilisha nishati ya ndani U:
ΔU=3 / 2nRΔT.
Kwa kutumia mlingano wa Clapeyron-Mendeleev,usemi huu unaweza kuandikwa upya kama:
ΔU=3 / 2PΔV.
Tunajua shinikizo na mabadiliko ya sauti kutoka kwa hali ya tatizo, kwa hivyo inabakia kutafsiri thamani zao hadi SI na kuziweka katika fomula:
ΔU=3 / 21013250.003 ≈ 456 J.
Kwa hivyo, wakati gesi bora ya monatomiki inapotoka kutoka jimbo la 1 hadi jimbo la 2, nishati yake ya ndani huongezeka kwa 456 J.
Jukumu 2. Gesi bora ya monatomic kwa kiasi cha mol 2 ilikuwa kwenye chombo. Baada ya kupokanzwa isochoriki, nishati yake iliongezeka kwa 500 J. Je, halijoto ya mfumo ilibadilikaje?
Hebu tuandike fomula ya kubadilisha thamani ya U tena:
ΔU=3 / 2nRΔT.
Kutoka kwake ni rahisi kueleza ukubwa wa badiliko la halijoto kamilifu ΔT, tunayo:
ΔT=2ΔU / (3nR).
Ikibadilisha data ya ΔU na n kutoka kwa hali, tunapata jibu: ΔT=+20 K.
Ni muhimu kuelewa kwamba hesabu zote zilizo hapo juu ni halali kwa gesi bora ya monatomiki pekee. Ikiwa mfumo umeundwa na molekuli za polyatomic, basi formula ya U haitakuwa sahihi tena. Sheria ya Clapeyron-Mendeleev ni halali kwa gesi yoyote bora.
