57. Вывод уравнения состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клайперона)

Газы нередко бывают реагентами и продуктами в химических реакциях. Не всегда удается заставить их реагировать между собой при нормальных условиях. Поэтому нужно научиться определять число молей газов в условиях, отличных от нормальных.

Для этого используют уравнение состояния идеального газа (его также называют уравнением Клапейрона-Менделеева): PV = nRT

где n – число молей газа;

P – давление газа (например, в атм;

V – объем газа (в литрах);

T – температура газа (в кельвинах);

R – газовая постоянная (0,0821 л·атм/моль·K).

Вывод уравнения нашла, но очень сложный. Надо еще поискать.

58. Изотермический процесс.

Изотермическим процессом называют изменение состояния газа, при котором его температура остаётся постоянной. Примером такого процесса может служить накачивание воздухом автомобильных шин. Однако изотермическим такой процесс можно считать, если сравнивать состояние воздуха перед тем, как он оказался в насосе, с его состоянием в шине после того, как температура шины и окружающего воздуха стали равными. Любые медленные процессы, происходящие с малым объёмом газа, окружённым большой массой газа, жидкости или твёрдого тела, имеющей постоянную температуру, можно считать изотермическими.

При изотермическом процессе произведение давления данной массы газа на его объём есть величина постоянная. Этот закон, называемый законом Бойля-Мариотта, был открыт английским учёным Р. Бойлем и французским физиком Э. Мариоттом и записывается в следующем виде:

Примеры найти!

59. Изобарный процесс.

Изобарным процессом называют изменение состояния газа, происходящее при постоянном давлении.

При изобарном процессе отношение объёма данной массы газа к его температуре постоянно. Этот вывод, который называют законом Гей-Люссака в честь французского учёного Ж. Гей-Люссака, можно записать в виде:

Одним из примеров изобарного процесса является расширение маленьких пузырьков воздуха и углекислого газа, содержащихся в тесте, когда его ставят в духовку. Давление воздуха внутри духовки и снаружи одинаково, а температура внутри приблизительно на 50% больше, чем снаружи. Согласно закону Гей-Люссака объём газовых пузырьков в тесте вырастает тоже на 50% , что и делает пирог воздушным.

60. Изохорный процесс.

Процесс, при котором изменяется состояние газа, а его объём остаётся неизменным, называют изохорным. Из уравнения Менделеева - Клапейрона следует, что у газа, занимающего постоянный объём, отношение его давления к температуре тоже должно быть постоянным:

Примеры найти!

61. Испарение и конденсация.

Пар – это газ, образованный из молекул, обладавших достаточной кинетической энергией, чтобы покинуть жидкость.

Мы привыкли к тому, что вода и её пар могут переходить друг в друга. Лужи на асфальте после дождя высыхают, а водяной пар в воздухе по утрам часто превращается в мельчайшие капельки тумана. Все жидкости обладают способностью превращаться в пар – переходить в газообразное состояние. Процесс перехода жидкости в пар называют испарением. Образование жидкости из её паров называют конденсацией.

Молекулярно-кинетическая теория объясняет процесс испарения следующим образом. Известно (см. §21), что между молекулами жидкости действуют сила притяжения, не дающая им удаляться друг от друга, и средней кинетической энергии молекул жидкости оказывается недостаточно, чтобы преодолеть силы сцепления между ними. Однако в каждый данный момент времени разные молекулы жидкости обладают разной кинетической энергией, и энергия некоторых молекул может в несколько раз превышать её среднее значение. Эти высокоэнергетичные молекулы обладают значительно большей скоростью движения и поэтому могут преодолеть силы притяжения соседних молекул и вылететь из жидкости, образуя таким образом пар над её поверхностью (см. рис.26а).

Покинувшие жидкость молекулы, составляющие пар, беспорядочно движутся, сталкиваясь между собой так, как это делают молекулы газа при тепловом движении. При этом хаотическое движение некоторых молекул пара может их уводить так далеко от поверхности жидкости, что они уже никогда туда не возвращаются. Способствует этому, конечно, и ветер. Наоборот, беспорядочное движение других молекул может приводить их обратно в жидкость, что и объясняет процесс конденсации пара.

Вылететь из жидкости могут только молекулы, обладающие кинетической энергией намного выше средней, а это значит, при испарении средняя энергия оставшихся молекул жидкости уменьшается. А так как средняя кинетическая энергия молекул жидкости, как и газа (см. 23.6), пропорциональна температуре, то при испарении температура жидкости понижается. Поэтому нам и становится холодно, как только мы выходим из воды, покрытые тонкой плёнкой жидкости, которая сразу начинает испаряться и охлаждаться.