34.Законы идеального газа. Уравнение состояния идеального газа (менделеева-клапейрона) . Законы Авогадро и Дальтона.

В молекулярно-кинетической теории используется модель идеального газа, в которой считают:  1) собственный объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда;  2) между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия;  3) столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие.

Реальные газы при низких давлениях и высоких температурах близки по своим свойствам к идеальному газу.

Рассмотрим эмпирические законы, описывающие поведение идеальных газов.

1. Закон Бойля – Мариотта: для данной массы газа при постоянной температуре произведение давления газа на его объем есть величина постоянная:

pV=const при T=const, m=const (7)

Процесс, протекающий при постоянной температуре, называется изотермическим. Кривая, изображающая зависимость между величинами p и V, характеризующими свойства вещества при постоянной температуре, называется изотермой. Изотермы представляют собой гиперболы, расположенные тем выше, чем выше температура, при которой происходит процесс (рис. 1).

  Рис. 1. Зависимость давления идеального газа от объема при постоянной температуре

2. Закон Гей-Люссака: объем данной массы газа при постоянном давлении изменяется с температурой линейно:

V=V₀(1+αt) при p=const, m=const (8)

Здесь t - температура по шкале Цельсия, V₀ - объем газа при 0 ^oС, α=(1/273) K^-1 - температурный коэффициент объемного расширения газа.

Процесс, протекающий при постоянном давлении и неизменной массе газа, называется изобарным. В ходе изобарного процесса для газа данной массы отношение объема к температуре постоянно:

V/T=const.

На диаграмме в координатах (V,t) этот процесс изображается прямой, называемой изобарой (рис. 2).

  Рис. 2. Зависимость объема идеального газа от температуры при постоянном давлении

3. Закон Шарля: давление данной массы газа при постоянном объеме изменяется линейно с температурой:

p=p₀(1+αt) при p=const, m=const (9)

Здесь t - температура по шкале Цельсия, p₀ - давление газа при 0 ^oС, α=(1/273) K^-1 - температурный коэффициент объемного расширения газа.

Процесс, протекающий при постоянном объеме и неизменной массе газа, называется изохорным. В ходе изохорного процесса для газа данной массы отношение давления к температуре постоянно:

P/T=const.

На диаграмме в координатах этот процесс изображается прямой, называемой изохорой (рис. 3).

  Рис. 3. Зависимость давления идеального газа от температуры при постоянном объеме

Вводя в формулах (8) и (9) термодинамическую температуру T, законам Гей-Люссака и Шарля можно придать более удобный вид:

V=V₀(1+αt)=V₀[1+α(T-1/α)]=V₀αT (10)  p=p₀(1+αt)=p₀[1+α(T-1/α)]=p₀αT (11)

Закон Авогадро: моли любых газов при одинаковых температуре и давлении занимают одинаковые объемы.

Так, при нормальных условиях один моль любого газа занимает объем 22,4 м^-3. При одинаковых температуре и давлении любой газ содержит в единице объема одинаковое количество молекул.

При нормальных условиях в 1 м³ любого газа содержится число частиц, называемое числом Лошмидта:

N_L=2,68·10²⁵ м^-3.

Закон Дальтона: давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений p₁,p₂,...,p_nвходящих в нее газов:

p=p₁+p₂+....+p_n

Парциальное давление – давление, которое создавал бы газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он занимал объем, равный объему смеси при той же температуре.