3. Идеальный газ. Нормальные условия. Уравнение Клайперона. Универсальная газовая постоянная.

ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ - идеализированная модель газа; в идеальном газе силы взаимодействия между частицами (атомами, молекулами) пренебрежимо малы. К идеальному газу близки разреженные реальные газы при температурах, далеких от температуры их конденсации. Зависимость давления идеального газа от его температуры и плотности выражается Клапейрона уравнением.

Идеальный газ — математическая модель газа, в которой предполагается, что потенциальной энергией взаимодействия молекул можно пренебречь по сравнению с их кинетической энергией. Между молекулами не действуют силы притяжения или отталкивания, соударения частиц между собой и со стенками сосуда абсолютно упруги, а время взаимодействия между молекулами пренебрежимо мало по сравнению со средним временем между столкновениями.

Нормальные условия определены IUPAC (Международным союзом практической и прикладной химии) следующим образом[1]:

• Атмосферное давление 101325 Па = 760 мм рт. ст..

• Температура воздуха 273,15 K = 0° C.

При нормальных условиях объём одного моля идеального газа составляет 22,413 996(39) дм³[2] (следствие из закона Авогадро), а количество молекул в 1 см³ составляет 2,6867774(47)×1019[3] (постоянная Лошмидта).

Уравнение состояния идеального газа (иногда уравнение Клапейрона или уравнение Менделеева — Клапейрона) — формула, устанавливающая зависимость между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой идеального газа. Уравнение имеет вид: p*V_M= R*T, где

• p — давление,

• V_M — молярный объём,

• R — универсальная газовая постоянная

• T — абсолютная температура,К.

Универса́льная га́зовая постоя́нная —Численно равна работе расширения одного моля идеального газа в изобарном процессе при увеличении температуры на 1 К.

4. Закон Гей-Люссака (изобарический процесс). Закон Шарля (изохорический процесс). Закон Бойля-Мариотта (изотермический процесс).

Изобарный процесс— термодинамический процесс, происходящий в системе при постоянном давлении и постоянной массе идеального газа.

Согласно закону Гей-Люссака, при изобарном процессе в идеальном газе .

Работа, совершаемая газом при расширении или сжатии газа, равна .

Количество теплоты, получаемое или отдаваемое газом, характеризуется изменением энтальпии: .

Изохорический или изохорный процесс— термодинамический процесс, который происходит при постоянном объёме. Для осуществления изохорного процесса в газе или жидкости достаточно нагревать (охлаждать) вещество в сосуде, который не изменяет своего объёма.

При изохорическом процессе давление идеального газа прямо пропорционально его температуре (см. Закон Шарля). В реальных газах закон Шарля не выполняется.

Из определения работы следует, что изменение работы при изохорном процессе равно:

Чтобы определить полную работу процесса проинтегрируем данное выражение. Поскольку объем неизменен, то:

,

Но такой интеграл равен нулю. Итак, при изохорном процессе газ работы не совершает:

.

Изотермический процесс  — термодинамический процесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре.

К изотермическим процессам относятся, например, кипение жидкости или плавление твёрдого тела при постоянном давлении.

В идеальном газе при изотермическом процессе произведение давления на объём постоянно (закон Бойля-Мариотта). Изотермы идеального газа в координатах — гиперболы, расположенные на графике тем выше, чем выше температура, при которой происходит процесс (см. рисунок).

При изотермическом процессе системе, вообще говоря, сообщается определённое количество теплоты (или она отдаёт теплоту) и совершается внешняя работа. Альтернативный процесс, при котором теплообмен с окружающей средой отсутствует (термодинамическая система находится в энергетическом равновесии — система не поглощает и не выделяет тепло), называется адиабатическим процессом.

Работа, совершенная идеальным газом в изотермическом процессе, равна , где  — число частиц газа,  — температура, и  — объём газа в начале и конце процесса,  — постоянная Больцмана .

В твёрдом теле и большинстве жидкостей изотермические процессы очень мало изменяют объём тела, если только не происходит фазовый переход.

Первый закон термодинамики для изотермического процесса записывается в виде: