1. Идеальный газ, определение и его свойства

Идеальный газ – газ, молекулы которого представляют собой материальные точки с ничтожно малыми объёмами и не обладают силами взаимодействия

Понятие об идеальном газе введено для упрощения изучения термодинамических процессов и получения бо­лее простых расчетных формул.

Водяной пар рассматривают как реальный газ, к ко­торому нельзя применять законы, установленные для идеальных газов. Все реальные газы являются парами тех или иных жидкостей; при этом чем ближе газ к пере­ходу в жидкое состояние, тем больше его свойства откло­няются от свойств идеального газа.

Свойства идеального газа определяются исходя из физической модели идеального газа, в которой приняты следующие допущения:

• объём частицы газа равен нулю (то есть, диаметр молекулы d пренебрежимо мал по сравнению со средним расстоянием между ними)

• импульс передается только при соударениях (то есть, силы притяжения между молекулами не учитываются)

• суммарная энергия частиц газа постоянна (то есть, нет передачи энергии за счет передачи тепла или излучения)

2. Термодинамическая система, термодинамический процесс, параметры идеального газа.

В процессе преобразования тепла в работу участвует рабочее тело, состояние которого изменяется

Термодинамическая система – это некая физическая система, состоящая из большого количества частиц, способная обмениваться с окружающей средой энергией и веществом.

Термодинамический процесс - непрерывное изме­нение состояния рабочего тела в результате взаимодей­ствия его с окружающей средой

Различают равновесные (квазистатические) и нерав­новесные процессы.

Неравновесный - процесс, протекающий при значи­тельной разности t и давлений окружающей среды и рабочего тела и неравномерное их распределение по всей массе тела

Равновесный – процесс, происходящий бесконечно медленно и при малой разности t окруж. среды и рабочего тела и равномерного распределения t и давления по всей массе тела

Обратимые - процессы, протекающие в прямом и обратном направлениях через одни и те же промежуточные точки

Необратимые – процессы, для которых в результате протекания прямого, а затем обратного процессов происходят изменения, не удовлетворяющие условиям обратимости процессов и рабочее тело не приводится к исходному состоянию одновременно с возвращением к этому состоянию всех взаимодействующих тел (сгорание топлива, передача тепла горячих тел к менее нагретым)

К осн. параметрам состояния газов относятся: давление, температура и удельный объем.

Давление - сила, действующая на единицу площади поверхности тела перпендикулярно телу. Давление газа - средний ре­зультат силового воздействия молекул газа на внутр. поверхность сосуда, в котором за­ключен газ. Молекулы газа, находясь все время в дви­жении, ударяются о поверхность сосуда и тем самым «давят» на его стенки.

Различают абсолютное давл. (полное давление, под которым находится газ), из­быточное давл.(разность между абсолютным давлением, боль­шим, чем атмосферное, и атмосферным давлением) и разрежение(вакуум) (разность между ат­мосферным давлением и абсолютным давлением, меньшим, чем атмосферное)

, где p_абс- абсолютное (полное) давление газа в сосуде; p_б-атмосферное давление по барометру; g-ускорение свободного падения в точке измерения; p- плотность жидкости; h- высота столба жидкости;

Температура — параметр, характеризующий теп­ловое состояние тела. Температура тела, являясь мерой хаотического движения его молекул, определяет направ­ление возможного самопроизвольного перехода теплоты от тела с большей температурой к телу с меньшей тем­пературой.

T=t+273.15 К

Удельный объем (v, м³/кг) - объем еди­ницы массы газа, т. е. v = V/m,где V— полный объем газа, м³; m — масса газа, кг.

Плотность(кг/м³)

p = m/V (плотность) - количество вещества, заключенного в 1 м³, т. е. массу единицы объ­ема.

Кроме рассмотренных основных параметров газа су­ществуют и другие параметры состояния: энтропия S, внутренняя энергия U и энтальпия i.

3. Ур-ние состояния идеального газа. Физ. cмысл газовой постоянной.

_Ур-ние Клапейрона: - для 1 кг газа

где р — абсолютное давление газа, Па; v - удельный объем, м³/кг; R- газовая постоянная, отнесенная к массе газа, равной 1 кг,и имеющая для каждого газа свое значение(Дж/(кг*К)) ; Т- термодинамическая тем­пература, К.

для любого кол-ва газа(*m, mv=V):

Уравнение состояния для 1 кмоля газа:

– молекулярная масса газа

П ри температуре T=273 К и при давлении р= 760 мм рт. ст., т. е. при норм. физических усл., объем 1 кмоля любого идеального газа равен 22,41 м³ (закон Авогадро).

Универсальная газовая постоянная: R = 8,31 (Дж/моль·К)

Физический смысл газовой постоянной: газовая постоянная R равна работе, которую совершает 1 моль идеального газа, расширяясь при нагревании на 1 К при постоянном давлении

В практических расчетах нередко уравнение состояния газа принимается в виде: