Ізопроцеси. Закон Дальтона

Ідеальним називають такий газ, для якого можна знехтувати розмірами молекул та силами молекулярної взаємодії. Молекули в такому газі співударяються за законом співударяння пружних куль. Реальні гази поводять себе як ідеальний тоді, коли середня відстань між молекулами у багато разів перевищує їхні розміри, тобто коли розрідження досить велике. Газ може бути в різних станах, тобто деяка маса газу має об’єм V, тиск p і температуру Т. Величини V, p,Т , що характеризують стан газу, називаються термодинамічними параметрами. Процеси, що відбуваються при сталому значенні одного з параметрів стану ( Т, V або p) з певною сталою масою газу, називаються ізопроцесами.

Ізотермічний процес - процес , що відбувається при сталій температурі ( Т= const). За законом Бойля-Маріотта, тиск даної маси газу при сталій температурі обернено пропорційний об’єму газу. Отже,

або р₁V₁=р₂V₂= const.

Криву залежності тиску газу від його об’єму при сталій температурі називають ізотермою.

Графік залежності між параметрами газу при Т = const (Рис. 24).

Рисунок 22

Ізобаричний процес – процес, який відбувається при сталому тиску

( р= const).

Виходячи із закону Гей-Люссака, відносна зміна об’єму даної маси газу в ізобарному процесі прямо-пропорційна зміні температури t.

Отже, або V=V₀( 1 – ? t) або

V₀- об’єм газу при t = 0 ^оС , V- його об’єм при температурі t, ? – термічний коефіцієнт об’ємного розширення. Для всіх газів:

? =

Криву залежності об’єму газу від температури при сталому тиску називають ізобарою.

Графік залежності між параметрами при р= const (Рис. 25).

Рисунок 23

Вищому тиску відповідає нижча ізобара. Штрихи означають, що закон Гей-Люссака в області низьких температур не застосовується. Об’єм не може перетворитися в нуль при температурі – 273 ⁰С.

Ізохоричний процес – це процес , який відбувається при сталому об’ємі (V = const). Виходячи із закону Шарля, тиск даної маси газу при сталому об’ємі пропорційний його абсолютній температурі:

р = р0 ( 1+ jt)

р₀ - тиск при 0 ⁰С, j – термічний коефіцієнт тиску газу.

або

Залежність тиску газу від температури при сталому об’ємі графічно зображається прямою, яка називається ізохорою. Меншому об’ємі відповідає ізохора , що лежить вище.

Графік залежності між параметрами при сталому об’ємі V = const (Рис. 26).

Рисунок 14

Виходячи з закону Шарля, можна знайти температуру, при якій тиск газу буде дорівнювати нулеві.

p=p0(1+jt), 0=p0(1+jt)

Оскільки p₀ ?0, то 1+jt=0 або t=-273⁰C.

Температуру - 273,16⁰С називають абсолютним нулем температур.

Англійський вчений У.Томсон запропонував абсолютну шкалу температур. За абсолютний нуль було прийнято температуру t = - 273⁰C

( точніше t₀= - 273,16⁰С) абсолютна температура Т пов’язана з

температурою t за шкалою Цельсія таким співвідношенням :

Т= t + 273⁰C

В шкалі Цельсія за 0⁰С прийнято температуру танення льоду при нормальному тискові, за 100⁰ С – температуру кипіння води при нормальному тискові.

В шкалі Кельвіна за 0 прийнято температуру , при наближенні до якої

швидкість поступального руху молекул ідеального газу прямує до нуля, а 1 кельвін відповідає 1/100 інтервалу температур між температурами танення льоду і кипіння води за нормального тиску.

За шкалою Фаренгейта:

Основна одиниця температури в СІ є кельвін – [Т] = К.

Змінюючи всі три параметра р, V і Т газу і користуючись газовими законами можна отримати рівняння Клапейрона.

Добуток тиску даної маси газу на об’єм, поділений на абсолютну температуру, є величиною сталою.

При t = 0⁰C, р = 1,013 · 10⁵Па один моль будь-якого газу має об’єм V₀=22,4?10^-3м³. Підставивши ці дані в закон Клапейрона, отримуємо значення константи, яка є однакова для будь-якого 1 моля газу. Її називають молярною універсальною газовою сталою.

A для одного моля газу тепер можна записати:

p0V0=RT

Цей вираз називають рівнянням Менделєєва – Клапейрона.

А для будь-якої маси газу рівняння Менделєєва – Клапейрона матиме вигляд:

Якщо в об’ємі V знаходиться суміш газів, які не реагують один з одним, то використавши рівняння Менделєєва – Клапейрона, визначимо тиск:

де т_і, М_і – маса і молярна маса і – го газу. Закон Дж. Дальтона:

«Тиск суміші газів дорівнює сумі парціальних тисків газів, з яких складається дана суміш».

Парціальним тиском називається тиск, який був би створений за даних умов (Т,V) окремо одним газом з суміші.