7. Gazul ideal. Ecuația de bază a MKT a unui gaz ideal. Temperatura și măsurarea acesteia. Temperatură absolută
Un model ideal de gaz este folosit pentru a explica proprietățile unei substanțe în stare gazoasă. Gazul este considerat ideal dacă: a) nu există forțe atractive între molecule, adică moleculele se comportă ca niște corpuri elastice absolut; b) gazul este foarte rar, adică distanța dintre molecule este mult mai mare decât dimensiunile moleculelor; c) echilibrul termic în întregul volum este atins instantaneu. Condițiile necesare pentru ca gazul real să dobândească proprietățile ideale să fie realizate cu răsurarea corespunzătoare a gazului real. Unele gaze, chiar și la temperatura camerei și la presiunea atmosferică, diferă foarte puțin de gazele ideale. Parametrii principali ai unui gaz ideal sunt presiunea, volumul și temperatura.
Unul dintre primele succese importante ale MKT a fost explicația calitativă și cantitativă a presiunii gazului pe pereții vaselor. O explicație calitativă este că moleculele de gaze interacționează cu ele în conformitate cu legile mecanicii ca corpuri elastice și împărtășesc impulsurile pereților vasului în timpul coliziunilor cu pereții vasului.
Pe baza orientărilor de utilizare a fost obținută cinetică teoria de bază ecuația MKT gaz ideal moleculare, care este după cum urmează: în cazul în care - presiunea gazului ideal - masa moleculei - concentrația moleculară, - viteza medie pătrată a moleculelor. Dacă ne imaginăm o situație fantastică în care știm vitezele tuturor moleculelor și volumului unității, atunci am putea calcula prin formula
Valoarea ne permite să introducem un concept al energiei cinetice a mișcării translaționale a moleculelor unui gaz ideal. Apoi, ecuația de bază a MKT a unui gaz ideal poate fi scrisă sub forma :.
Cu toate acestea, prin măsurarea numai a presiunii gazului, este imposibil să se evidențieze fie valoarea medie a energiei cinetice a moleculelor separat, fie concentrarea lor. În consecință, pentru a găsi parametrii microscopici ai gazului, trebuie să măsuram și o altă cantitate fizică legată de energia cinetică medie a moleculelor. Aceasta este temperatura. Temperatura este o cantitate fizică scalară care descrie starea echilibrului termodinamic (o stare în care nu se modifică parametrii microscopici). Deoarece temperatura cantității termodinamice caracterizează starea termică a sistemului se măsoară și gradul de abaterea de la zero a primit ca valoare cinetică moleculară - caracterizează intensitatea mișcării aleatoare a moleculelor măsurate prin energia lor cinetică medie: unde și se numește constanta Boltzmann.
Temperatura tuturor părților unui sistem izolat în echilibru este aceeași. Temperatura este măsurată prin termometre în grade diferite de temperatură. Există o scară termodinamică absolută (scala Kelvin) și diferite scări empirice care diferă în punctele inițiale. Înainte de introducerea scării de temperatură absolută, scara Celsius a fost utilizată pe scară largă în practică (punctul de congelare a apei a fost luat ca 0 ° C, punctul de fierbere al apei la presiune atmosferică normală a fost luat la 100 ° C).
Temperatura de unitate pe scara absolută este numit Kelvin și ales egal cu un grad Celsius K 1 = 1 ° C La scara Kelvin, zero este considerat a fi zero absolută a temperaturii, adică temperatura la care presiunea ideală a gazului la volumul constant este zero. Calculele dau rezultatul că zero absolută a temperaturii este -273 ° C. Astfel, între temperatura și scara Celsius scară absolută există o relație de T = t ° C + 273 irealizabil temperatura absolută la zero, deoarece orice răcire se bazează pe evaporarea moleculelor de suprafață, și atunci când se apropie de zero absolut viteza de translație incetineste molecule, astfel încât evaporarea practic încetează. Teoretic, la zero absolută, viteza mișcării de translație a moleculelor este zero, adică mișcarea termică a moleculelor încetează.
1. Diferența dintre gazele ideale și cele reale nu este întotdeauna corect explicată. Au fost, de exemplu, astfel de răspunsuri: "Gazul ideal este un gaz real fără impurități", "Gazul ideal este un gaz real la o temperatură scăzută" și așa mai departe.
Cuvântul "ideal" înseamnă "imaginar, nu real". Gazul real este diferit de idealul prin prezența interacțiunii moleculelor. La densități mici predomină forțele gravitaționale, ceea ce conduce la apariția unei presiuni suplimentare: gazul se comprimă ca atare. La densități mari forțele repulsive acționează, ceea ce înseamnă că molecula nu permite penetrarea altor molecule în volumul ocupat de ea. Este imposibil să neglijăm volumul intrinsec al moleculelor unui gaz real.
La o presiune prea scăzută (de exemplu, la presiunea atmosferică) și la o temperatură prea scăzută (de exemplu la temperatura camerei), gazul real respectă legile unui gaz ideal cu un grad suficient de acuratețe.