Идеальный газ – модель любого реального газа, в которой пренебрегают размерами молекул и их взаимодействием. Пренебречь движением молекул нельзя: оно непрерывно, хаотично и имеет сложный характер. Потенциальная энергия взаимодействия молекул пренебрежимо мала по сравнению с кинетической энергией движения молекул. За идеальный газ можно принять, например, воздух при н.у.
Двигаясь хаотично, молекулы (атомы) газа постоянно сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда. Т.к. они имеют импульс, то при столкновении происходит передача импульса, т.е. молекулы действуют с силой и производят давление.
Рудольф Клаузиус доказал, что давление газа зависит от массы молекулы, концентрации и скорости движения молекул. Эта зависимость выражается формулой
и называется основным уравнением МКТ. Объяснение этой зависимости с т.з. МКТ
Т.к. , то n Eк - основное уравнение МКТ.
Оно связывает макроскопический параметр давление (его можно измерить прибором) с микроскопическими параметрами. (Величины, характеризующие свойства отдельных молекул вещества, называют микроскопическими параметрами. Это, например, массы молекул, их скорости, концентрация (число молекул в единице объема).
Т.к. , то P = nkT
Состояние газа можно охарактеризовать тремя макроскопическими параметрами: давление Р, Па; объём V, м3; температура Т,К. (макроскопические параметры – величины, характеризующие состояние макроскопических тел без учета их внутреннего строения)
Уравнение, связывающее эти параметры, называется уравнением состояния идеального газа
Р = nkT n N = NA P = умножим на
Если m, M, NA, k – const, то – const – уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона) (объединённый газовый закон: для данной массы газа произведение давления газа на его объём, делёное на абсолютную температуру остаётся неизменным)
Если газ переходит из одного состояния с параметрами Р1 V1 T1 в другое с параметрами
P2 V2 T2, то
Т.к. NА·k = 6,02·1023моль-1·1,38·10-23Дж/К = 8,31Дж/мольК = R- универсальная газовая постоянная, то RT - уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева- Клапейрона)
Уравнение состояния идеального газа надо знать для исследования тепловых процессов. Оно позволяет:
1. Определить одну из неизвестных величин, если известны две другие (это используют в термометрах)
2. Предсказать как поведёт себя газ при изменении одного из параметров
3. Определить как изменится состояние газа, если он совершит работу или получит теплоту