Kusoma sifa za gesi bora ni mada muhimu katika fizikia. Utangulizi wa sifa za mifumo ya gesi huanza kwa kuzingatia mlinganyo wa Boyle-Mariotte, kwani ndiyo sheria ya kwanza iliyogunduliwa kwa majaribio ya gesi bora. Hebu tuzingatie kwa undani zaidi katika makala.
Ni nini maana ya gesi bora?
Kabla ya kuzungumzia sheria ya Boyle-Mariotte na mlingano unaoifafanua, hebu tufafanue gesi bora. Inaeleweka kwa kawaida kama dutu ya umajimaji ambamo chembe zinazoiunda haziingiliani, na saizi zake ni ndogo sana ikilinganishwa na wastani wa umbali kati ya chembechembe.
Kwa kweli, gesi yoyote ni halisi, yaani, atomi na molekuli zinazounda zina ukubwa fulani na haziingiliani kwa usaidizi wa nguvu za van der Waals. Walakini, katika halijoto ya juu kabisa (zaidi ya 300 K) na shinikizo la chini (chini ya angahewa moja), nishati ya kinetic ya atomi na molekuli ni kubwa zaidi kuliko nishati ya mwingiliano wa van der Waals, kwa hivyo gesi halisi katika hali iliyoonyeshwa.hali zenye usahihi wa juu zinaweza kuchukuliwa kuwa bora.
Mlinganyo wa Boyle-Mariotte
Sifa za gesi Wanasayansi wa Ulaya waligundua kikamilifu wakati wa karne za XVII-XIX. Sheria ya kwanza kabisa ya gesi ambayo iligunduliwa kwa majaribio ilikuwa sheria inayoelezea michakato ya isothermal ya upanuzi na ukandamizaji wa mfumo wa gesi. Majaribio yanayolingana yalifanywa na Robert Boyle mnamo 1662 na Edm Mariotte mnamo 1676. Kila mmoja wa wanasayansi hawa alionyesha kwa kujitegemea kwamba wakati wa mchakato wa isothermal katika mfumo wa gesi iliyofungwa, shinikizo hubadilika kinyume na kiasi. Usemi wa hisabati uliopatikana kwa majaribio wa mchakato umeandikwa katika fomu ifuatayo:
PV=k
Ambapo P na V ni shinikizo katika mfumo na kiasi chake, k ni baadhi ya mara kwa mara, thamani ambayo inategemea kiasi cha gesi dutu na joto lake. Ikiwa utaunda utegemezi wa kazi ya P (V) kwenye grafu, basi itakuwa hyperbola. Mfano wa mikunjo hii umeonyeshwa hapa chini.
Usawa ulioandikwa unaitwa mlinganyo wa Boyle-Mariotte (sheria). Sheria hii inaweza kuundwa kwa ufupi kama ifuatavyo: upanuzi wa gesi bora kwa joto la mara kwa mara husababisha kupungua kwa uwiano wa shinikizo ndani yake, kinyume chake, compression ya isothermal ya mfumo wa gesi inaambatana na ongezeko la sawia la shinikizo ndani yake.
Mlinganyo bora wa gesi
Sheria ya Boyle-Mariotte ni kesi maalum ya sheria ya jumla zaidi ambayo ina majina ya Mendeleev naClapeyron. Emile Clapeyron, akitoa muhtasari wa taarifa ya majaribio juu ya tabia ya gesi chini ya hali mbalimbali za nje, mwaka wa 1834 alipata equation ifuatayo:
PV=nRT
Kwa maneno mengine, bidhaa ya ujazo wa V ya mfumo wa gesi na shinikizo la P ndani yake ni sawia moja kwa moja na bidhaa ya halijoto kamili T na kiasi cha dutu n. Mgawo wa uwiano huu unaonyeshwa na barua R na inaitwa mara kwa mara ya gesi ya ulimwengu wote. Katika equation iliyoandikwa, thamani ya R ilionekana kutokana na uingizwaji wa idadi ya mara kwa mara, ambayo ilifanywa na Dmitry Ivanovich Mendeleev mwaka wa 1874.
Kutoka kwa mlinganyo wa hali ya jumla ni rahisi kuona kwamba uthabiti wa halijoto na kiasi cha dutu huhakikisha kutobadilika kwa upande wa kulia wa mlinganyo, ambayo ina maana kwamba upande wa kushoto wa mlinganyo pia utabaki bila kubadilika.. Katika hali hii, tunapata mlinganyo wa Boyle-Mariotte.
Sheria zingine za gesi
Equation ya Clapeyron-Mendeleev iliyoandikwa katika aya hapo juu ina vigezo vitatu vya thermodynamic: P, V na T. Ikiwa kila mmoja wao ni fasta, na wengine wawili wanaruhusiwa kubadilika, basi tunapata Boyle-Mariotte, Milinganyo ya Charles na Gay-Lussac. Sheria ya Charles inazungumza juu ya uwiano wa moja kwa moja kati ya kiasi na joto kwa mchakato wa isobaric, na sheria ya Gay-Lussac inasema kwamba katika kesi ya mpito wa isochoric, shinikizo la gesi huongezeka au hupungua kwa uwiano wa moja kwa moja na joto kamili. Milinganyo inayolingana inaonekana kama hii:
V/T=const wakati P=const;
P/T=const wakati V=const.
Kwa hiyoHivyo, sheria ya Boyle-Mariotte ni mojawapo ya sheria kuu tatu za gesi. Walakini, inatofautiana na zingine katika suala la utegemezi wa picha: chaguo za kukokotoa V(T) na P(T) ni mistari iliyonyooka, chaguo la kukokotoa la P(V) ni hyperbola.
Mfano wa kazi ya kutumia sheria ya Boyle-Mariotte
Kiasi cha gesi kwenye silinda chini ya bastola katika nafasi ya kwanza kilikuwa lita 2, na shinikizo lake lilikuwa anga 1. Ni shinikizo gani la gesi baada ya pistoni iliongezeka na kiasi cha mfumo wa gesi kiliongezeka kwa lita 0.5. Mchakato huo unachukuliwa kuwa wa isothermal.
Kwa kuwa tumepewa shinikizo na ujazo wa gesi bora, na pia tunajua kuwa halijoto bado haijabadilika wakati wa upanuzi wake, tunaweza kutumia mlingano wa Boyle-Mariotte kwa njia ifuatayo:
P1V1=P2V 2
Usawa huu unasema kuwa bidhaa ya shinikizo la ujazo haibadilika kwa kila hali ya gesi kwa joto fulani. Tukionyesha thamani P2 kutoka kwa usawa, tunapata fomula ya mwisho:
P2=P1V1/V 2
Unapofanya hesabu za shinikizo, unaweza kutumia vitengo vya nje ya mfumo katika hali hii, kwa sababu lita zitapungua, na tunapata shinikizo P2katika angahewa. Kubadilisha data kutoka kwa hali, tunafika kwenye jibu la swali la tatizo: P2=0.8 anga.
