34.Идеал газ. Идеал газ күйінің теңдеуі .

Идеал газ деп молекулалар арасында өзара əсерлесу күштрі болмайтын,жеке молекулалар көлемі ыдыс көлемімен салыстырғанда өте аз жəне малекулалар арасындағы өзара соқтығысуы абсолют серпімді болатын газды айтады. Көптеген тəжірибелер бойынша қалыпты жағдайда (оттек,гелий), яғни төменгі қысымда жəне жоғарғы температурада нақты газдар қасиеті идел газ

қасиетіне сəйкес келеді.Молекула-кинетикалық теория ашылғанға дейін идеал газдар қасиетін сипаттайтын көптеген заңдылықтар болған.Бойль-Мариотт заңы. Газ күйіндегі заттардың меншікті көлемі болмайды.

Сондықтан газдар ыдысқа толтырылғанда, сол ыдыстың көлемін толық алып тұрады жəне ыдыс қабырғаларына белгілі бір қысым күшін түсіреді. XVII ғасырдың ортасында ағылшын ғалымы Р.Бойль (1627-1691) жəне француз физигі З.Мариотт (1620-1684) бір-біріне тəуелсіз жасалған тəжірибе қорытындыларынан,

температура тұрақты болғанда газ көлемінің (v) оның қысымына (p) тəуелді өзгеретінің тұжырымдады, яғни берілген газ массасы үшін тұрақты температурада оның қысымы көлеміне кері пропорционал өзгереді, яғни

PV= const , = (1)

Бұлтəуелділіктіизотермадепаталатынгиперболақисығыменкөрсетуге.

Газкүйініңбіркүйденекіншікүйгетұрақтытемпературадаөтуіизотермиялықпроцесдепаталады. Алнақтыгаздарбұлзаңдылыққатектығыздықтарыөтеазболғандағанабағынады. Сонымен,тұрақтытемпературадаРмен V тəуелділігізаттарқасиетінсипаттайды.Гей-Люссак заңы. Газ көлемінің (V) оның температурасына (Т) тұрақты.

қысымда (р=const) тəуелді болу шартын бірінші рет француз ғалымы Гей-Люссак (1778-1850) тағайындады: берілген газ массасы үшін қысымы тұрақты болғанда,газ көлемі оның температурасына сызықты тəуелді өзгереді (p=const, m=const) V= 0 V (1+ α vt°) (2 )

Мұндағы c V – газдың 00C – тағы көлемі, V α– газдың көлемдік ұлғаюының термиялық коэффициенті. Тұрақтық қысымда газ көлемі мен температура тəуелділігі гракфикте түзу сызықпен көрсетіледі. Қысымның əрбір мəніне сəйкес келетін түзу сызық изобара деп аталады. Ал газ күйінің тұрақты қысымда өзгеруі изобаралық процесс делінеді.Шарль заңы. Тұрақты көлемде газ температурасының қысымға тəуелді болатыны да анықталады,яғни белгілі газдың массасы үшін көлемі тұрақты болғанда, газ қысымы оның температурасына сызықты тəуелділікке өзгеріледі(V=const. m=const)

Ρ = Ρ₀ (1+α_Pt₀₎(3)

мұндағы Ρ- газдың 00C – тағы қысымы, ρα- газ қысымының термиялық коэффициенті. Көлем тұрақты болғанда, Ρмен t тəуелділігі түзу сызықты жəне ол изохора деп аталады(3-сурет). газ күйінің мұндай өзгеруі изохоралық процесс дейді. Зерттеудің нəтижелері газдардың термиялық коэффициенттері V αжəне ραбір-біріне шамалас екенін көрсетеді, яғни

α_ʋ=α_{p =} α= ^-1

Изобара жəне изохора түзулері абсцисса өсінде шамасы t₀= нүктесінде қиылысады. Температурасыны бастапқы санау нүктесін осы нүктеге ауыстырып, температурасының Цельсии шкаласынан абсолют кельвин шкаласы деп аталатын басқа температуралық шкалаға өтуге болады. Бірліктердің халық аралық жүйесінде Кельвин – температурасының термодинамикалық шкаласында негізгі өлшем болып, су күйінің үштік нүктесіне сəкес келетін термодинамикалық температураның I/273,15 нлесіне тең болады.

Абсолют температура Т мен Цельсии бойынша анықталған t температурасының арасында мынандай қатынас болады. Мысалы, 00C -қа + 273,15 К сəкес келеді. 00 K –қа тең температура абсолют нөл деп аталады, оған − 273.150C мəні сəйкес келеді. Енді (2) жəне (3) теңдеулерге абсолют температураның мəнің қойып, оны басқа түрде жазуға болады

немесе

Бұдан

Егер 0 T мен 0 V тұрақты шама екенін ескерсек, онда изобаралық процесс үшін:

(4)

Осындай əдіспен изохоралық процесс үшін де мынадай теңдікті жазуға болды, яғни

(5)

Авогадро тағайындаған заң бойынша бірдей жағдайларда, яғни бірдей

температура мен қысымда барлық газдардың модельдерінің көлемі бірдей болады.Қалыпты жағдайда:Ρ =1,013 *105 Па ; Т=273,15К болса, оның көлемі

V = 22,41*10−3 м3 / моль − ге тең

Əр түрлі заттарындың бір мольдегі молекулалар саны бірдей

болады: N = 6,022 *1023 моль−1 A , бұл Авагадро саны деп аталады.

Ағылшын физигі жəне химигі Дж.Дальтон (1766-1844) тағайыңдаған заң бойынша,

идеал газдар қоспасының жалпы қысымы,сол қоспаны құрайтын газдардың парциал қысымдарының қосындысына тең болады, яғни

Ρ = 1 Ρ + 2 Ρ + 3 Ρ + … + n Ρ (6)

Мұндағы 1 Ρ + 2 Ρ + 3 Ρ + ⋅⋅⋅+ n Ρ -парциал қысымдар. Сонымен идеал газдың берілген массасы үшін (m=const) жоғарыда қарастырылған

заңдылықтар, яғни :ΡV =const (изотермиялық процесс), V /T =const (изобаралық процесс), P/T=const (изохоралық процесс) дұрыс екен.

35.Iшкi энергия.

Ішкі энергия – дененің (жүйенің) тек ішкі күйіне байланысты энергия. Ішкі энергияға дененің барлық микробөлшектерінің (молекулалардың,атомдардың, иондардың, т.б.) ретсіз (хаосты) қозғалыстарының энергиясы, микробөлшектердің өзара әсерлесу энергиясы, атомдар менмолекулалардың ішкі энергиясы, т.б. жатады. Ішкі энергия ұғымын 1851 жылы У.Томсон енгізген.

Дененің бір күйден екінші күйге ауысу барысындағы Ішкі энергиясының өзгерісі (ΔU) мынаған тең: ΔU=ΔQ–A, мұндағы Q – жүйенің қоршаған ортамен алмасқан жылу мөлшері, А – істелген жұмыс. Бұл теңдеу жылу алмасу процесі басты рөл атқаратын жүйелердегі энергияның сақталу және айналу заңын (термодинамиканың бірінші бастамасын) өрнектейді. Энергияның сақталу заңына сәйкес Ішкі энергия физикалық жүйе күйінің, яғни осы күйді анықтайтын тәуелсіз айнымалылардың (мысалы, температура, көлем не қысым), бір мәнді функциясы болады. Q және А шамаларының әрқайсысы жүйені Ішкі энергиясы U1-ге тең күйден U2-ге тең күйге ауыстыратын процестің сипатына тәуелді болады, ал ΔU=U2–U1.

Жүйе бастапқы күйіне қайтып келетін (U2-U1) кез келген тұйық процесс үшін Ішкі энергияның өзгерісі (ΔU) нөлге тең және Q=A (қ. Дөнгелек процесс). Адиабаттық процесте (қоршаған ортамен жылу алмасу болмаған, яғни Q=0 жағдайда) жүйенің Ішкі энергияның өзгерісі жүйенің істеген жұмысына не жүйеге жасалған жұмысқа тең. Газдардың кинетикалық теориясы бойынша идеал газдар Ішкі энергиясының өзгеруі нәтижесінде, температураға байланысты молекулалардың кинетикалық энергиясы өзгереді. Сондықтан идеал газдың (немесе қасиеттері сол идеал газға жуық газдардың) Ішкі энергиясының өзгерісі тек оның температурасының өзгерісімен анықталады (Джоуль заңы). Бөлшектері өзара әсерлесетін физикалық жүйелерде (реал газдарда, сұйықтықтарда, қатты денелерде) молекулааралық және молекула ішіндегі өзара әсер энергиялары да Ішкі энергияға жатады. Мұндай жүйелерде Ішкі энергия температурамен қатар қысым мен көлемге де тәуелді болады. Абс. нөлге жуық (–273,16°С) төмен температуралар аймағында конденсацияланған жүйелер (сұйық және қатты дене) Ішкі энергиясының температураға тәуелділігі жойылып, ол белгілі бір тұрақты мәнге (U0) – “нөлдік энергия” дейтін мәнге ұмтылады (термодинамиканың үшінші бастамасы). Ішкіэнергия негізгі термодинамиқалық потенциалдардың бірі болып есептеледі.

E =3/2 kTE=i/2 kT – ілгерлемелі қозғалыс үшін

i – еркіндік дәрежесі

Егер молекула бір атомды болса, і =3.Молекула екі атомды болса(О₂, Сl₂.N₂) онда і=5.Газ көп атомды болса (Н₂О) і=6

U_kм=N_AE=i/2N_AkT=i/2RT N_Ak=R

U_kм– ішкі энергияның киломолі

U=m/M i/2 RT бәрі тұрақты,тек Т өзгереді

dU=m/M i/2 RdT - газдардың ішкі энергиясының өзгерісі

đ Q=dU+đA cm(T₂-T₁)=m/M i/2RdT+pdV - сырттан берілетін жылу мөлшері газдардың энергиясын өзгертеді