4.Температурні шкали. Зв'язок між ними.

Температура характеризує тепловий стан речовини і відображує рівень інтенсивності хаотичного руху частинок (молекул), з яких складається тіло. Температура – це характеристика системи, яка знаходиться у стані термодинамічної рівноваги, тобто температура має бути однаковою у всіх тіл, що входять до системи. Рівномірна температурна шкала звичайно побудована на двох реперних точках відліку, різниці між якими надають визначене значення. У шкалі Цельсія за нуль відліку взято температуру замерзання води при атмосферному тиску, а за одиницю виміру 1С, який дорівнює 1/100 різниці між температурами замерзання і кипіння води при атмосферному тиску. У термодинамічній шкалі Кельвіна за нуль узято температуру абсолютного нуля, коли припиняється тепловий рух молекул, і яка дорівнює -273,15С, а одиниця виміру 1 К = 1С. Отже, значення температури за шкалами Кельвіна і Цельсія пов’язані між собою співвідношенням: Т[К] = tС + 273,15С.

9. Ізопроцеси. Закони Бойля-Маріотта. Закон Шарля.

Розглянемо деякі термодинамічні ізопроцеси, у яких відбувається зміна термодинамічних параметрів, що визначають стан газу. Ізопроцесом називається процес, у якому один з параметрів стану (P, V або T) залишається постійним, а інші змінюються. Процес, який протікає у газі, коли температура залишається постійною (Т = const), називається ізотермічним процесом. Для такого процесу виконується закон Бойля-Маріотта: для даної маси газу (т = const) при постійній температурі добуток тиску газу на його об'єм є величиною постійною:

PV = const, або .

Тобто при постійній температурі тиск газу зменшується обернено пропорційно зростанню температури. Діаграма цього ізопроцесу в координатах P-V є гіперболою. Процес, який протікає у газі, коли об’єм залишається постійним (V = const), називається ізохорним процесом. Для такого процесу виконується закон Шарля: для даної маси газу (т = const) при постійному об’ємі відношення тиску газу до його температури є величиною постійною:

, або

Тобто тиск газу, який знаходиться у замкнутому об’ємі, зростає прямо пропорційно зростанню термодинамічної температури. Діаграма цього ізопроцесу у координатах P-T є прямою лінією. Процес, який протікає у газі, коли тиск залишається постійним (Р = const), називається ізобарним процесом. Для такого процесу виконується закон Гей-люсака: для даної маси газу (т = const) при постійному тиску відношення об’єму газу до його температури є величиною постійною: , або . Тобто об’єм газу при постійному тиску зростає прямо пропорційно зростанню термодинамічної температури. Діаграма цього ізопроцесу у координатах V-T є прямою лінією.

8. Рівняння стану ідеального газу:вивід, аналіз і межі застосування.

Наслідком дослідних законів ідеального газу є рівняння Клапейрона, яке виконується для даної маси газу (т = const):

або .

У цьому рівнянні стала (const) різна для різних газів. Менделєєв об’єднав рівняння Клапейрона із законом Авогадро, записавши це рівняння для одного моля газу. Оскільки молі будь-яких газів при однакових температурі й тиску займають однакові об’єми, то:

, де V_m – молярний об’єм; R = 8,31 Дж/мольК – молярна газова стала (однакова для всіх газів).

Тоді для довільної маси газу виконується рівняння Менделєєва-Клапейрона:

або , де – кількість речовини (кількість молів);

М – молярна маса. Тут враховано, що V = V_m.

Рівняння Менделєєва-Клапейрона є рівнянням стану ідеального газу, яке пов’язує основні термодинамічні параметри P, V, T. Інший вигляд рівняння стану можна отримати уведенням нової сталої, яка називається сталою Больцмана: =1,3810^-23 Дж/К. Тоді рівняння Менделєєва-Клапейрона набуває вигляду: , , де – концентрація молекул.

За нормальних умов (P = P_А = 1,0310⁵ Па, T = 273 К) концентрація молекул ідеального газу дорівнює: = 2,6810²⁵ 1/моль. Це – число Лошмідта – число молекул будь-якого газу в одиниці об’єму за нормальних умов.