1.4. Поняття про ідеальний газ та його основні закони

Ідеальний газ - це газ, молекули якого розглядаються як матеріальні точки, взаємодія яких між собою обмежена співударами.

Ідеальний газ - це граничний стан реального газу при р→0.

Ідеальний газ строго підпорядкований рівнянню Клапейрона (основне визначення ідеального газу): p·v = R_i·T (для одного кг робочого тіла).

Закон Бойля-Маріотта: р∙V = const при T = const (або p∙v = const) - ізотермічний процес розширення або стиснення газу, p₁·v₁ = p₂·v_2.

Закон Гей-Люссака: V/T = const або ∙T = const при p = const – ізобарний процес. В цих рівняннях V - об’єм газу при температурі tC;

= .

Густина газу при нормальних умовах:

Д (1.2) е н.У.: температура 0c або 273 к; тиск 760 мм рт. Ст. Або 101325 Па;

або

G 1

_н = ––––– = –––––,

V_н v_н

де G – загальна маса газу, кг; V_н – загальний об’єм газу при н.у., м³;

v_н- питомий об’єм будь-якого газу за нормальних умов, м³/кг,

v_н= 22,4/, м³/кг,

де - молекулярна маса газу, кг/кмоль.

Термічним рівнянням стану ідеального газу є рівняння Клапейрона, яке зв’язує всі три термічні параметри стану:

-для 1 кг робочого тіла p۰v = R_i۰T або p = ۰R_i ∙T, де  = 1/v;

-для М кг робочого тіла p۰V = М۰R_i ۰T ;

-для 1 кМоля робочого тіла

м³

p·V_ = R_ ·Т, де V_ = 22.4 ––––––,

кМоль

тут R_i – питома газова постійна для конкретного (і-го) газу. Знаходиться за формулою: R_i=R_/_i, [Дж/(кг•град)], де R_=8314 Дж/(кМоль·град); R_ –універсальна газова постійна, де _i-молекулярна маса конкретного (і-го) газу, кг/кмоль; V_ - молекулярний об’єм ідеального газу за нормальних умов, м³/кмоль.

З молекулярно-кінетичної точки зору “неідеальність” газу обумовлена наявністю в молекули власного обєму та існування міжмолекулярної взаємодії. Реальний газ тим більше відрізняється від ідеального газу, чим вища його густина.

2. Перший закон термодинаміки

2.1. Закон збереження та перетворення енергії

Закон збереження та перетворення енергії є фундаментальним законом природи, який має загальний характер. Цей закон говорить: енергія не зникає безслідно і не виникає з нічого, вона лише переходить з одного виду в інший в різних фізичних та хімічних процесах. Іншими словами, для будь-якої ізольованої системи, кількість енергії, яка міститься в даній системі, зберігається незмінною.

Роботами Джоуля та інших вчених був встановлений принцип еквівалентності теплоти і роботи, закон збереження був поширений на інші види енергії і у відповідності з його змістом став називатися законом збереження та перетворення енергії (І–ий закон термодинаміки).

Цей закон встановлює однозначний звязок між всіма видами енергії в процесі їх взаємоперетворень.

2. Зовнішня робота процесу та внутрішня енергія (робочого тіла чи тдс)

Я

Рис. 2.1. До виведення рівняння для розрахунку кількості роботи розширення.

к відомо, в звичайних умовах тіла при нагріванні розширяються. Я кщо досліджуване тіло масою m, до якого підводять теплота в кількості q, помістити в середовище, тиск в якому дорівнює p_c, то при збільшенні об’єму

тіла на величину dV буде здійснюватися робота dL проти сил зовнішнього тиску p_c , тоді V₂ = V₁ + dV (рис. 2.1).

Розглянемо процес збільшення об’єму V тіла довільної форми, який знаходиться в середовищі з тиском p_c. Площу поверхні тіла позначимо через F. Якщо зміну об’єму тіла рахувати нескінченно малою (dV), то збільшення об’єму тіла можна розглядати як переміщення кожної точки поверхні цього тіла на відстань dx. Оскільки тиск - це сила, яка діє по нормалі на одиницю поверхні тіла, то очевидно, що сума сил, які діють на всю поверхню тіла, буде дорівнювати

P = p_c·F. (2.1)

Робота, яку потрібно затратити для того, щоб, незважаючи на протидію зовнішнього тиску, перемістити поверхню F тіла на відстань dx, дорівнює :

(2.2)

dL = P·dx або dL = p_{c ∙}F ∙dx, але F·dx = dV,

тоді очевидно, що

dl = p_c·dV (2.3)