Тема 1 Основные газовые законы

1. Понятие о состоянии вещества. Идеальный газ

Вещество, как уже отмечалось ранее, может находиться в трех агрегатных состояниях – в твердом, жидком и газообразном. Изменяя температуру и давление, можно почти любое вещество получить в твердом, жидком или газообразном состояниях. Примером могут служит три состояния воды: лед, вода, водяной пар.

Только при определенных для каждого вещества условиях оно может находиться в твердой, жидкой и газообразной фазах, т.е. имеет место так называемая тройная точка. Тройная точка воды (Н₂О) соответствует давлению 4,6 мм рт. ст. и температуре 0,0075⁰С.

При одном и том же химическом составе вещества его физические свойства существенно изменяются с переходом из одного агрегатного состояния в другое. Это же наблюдается и при изменении состояния вещества в пределах одного и того же агрегатного состояния. Например, физические свойства сильно сжатого газа отличаются от свойств газа, находящегося при нормальном давлении.

Совокупность исследуемых в молекулярной физике твердых, жидких и газообразных тел называется системой тел или просто системой. В частном случае система может представлять собой молекулы одного вещества, занимающие определенный объем, ограниченный каким-либо способом. Такая система называется однофазной. Примером двухфазной системы могут служить вода – лед, вода – водяной пар и т.п.

Состояние системы характеризуется совокупностью физических величин, которые называются параметрами состояния системы. В качестве параметров состояния выбирают обычно три величины: объем V, занимаемый некоторой массой вещества; давление р; температуру Т. Параметры состояния связаны между собой определенной функциональной зависимостью:

F(V, p, T) = 0, (1.1)

которое называется уравнением состояния. Переход из одного состояния в другое называется процессом.

Из трех агрегатных состояний вещества наиболее простым является уравнение состояний газообразных веществ. Это объясняется тем, что силы, действующие между молекулами вещества, находящегося в газообразном состоянии, очень малы и ими, при определенных условиях, можно пренебречь.

Простейшей моделью газа является идеальный газ. Идеальный газ – это такая модель, в которой молекулы принимаются за материальные точки, не взаимодействующие между собой на расстоянии.

Состояние системы называется равновесным, если параметры, характеризующие ее состояние при отсутствии внешних воздействий, остаются постоянными сколь угодно долго. При несоблюдении этого условия состояние системы называется неравновесным.

Если в пределах некоторого объема температура газа неодинакова, то газ будет находиться в неравновесном состоянии. При отсутствии внешних воздействий температура газа в этом объеме со временем выравнивается, и он перейдет в равновесное состояние. Любое выравнивание температуры в газах, твердых и жидких телах, изолированных от внешних воздействий, есть, по существу, переход этих тел в равновесное состояние.

Ни один реальный процесс не может быть равновесным, но чем медленнее он протекает, тем ближе он к равновесному процессу.