6.Зміст і методика вивчення теми «Закони ідеального газу».

МЕТА. Оволодіти фізичними і педагогічними принципами вивчення

молекулярної фізики в 10 класі та методикою формування основних понять курсу.

Основні питання

1.Поняття ідеального газу в курсі фізики середньої школи. Вивчення особливостей теплового руху молекул.

2.Методика вивчення основного рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів.

3.Науково-методичний аналіз наслідків основного рівняння молякулярно-

кінетичноїтеоріїгазів

4.Методика роз’язування задач на основне рівняннямолекулярно-кінетичної

теоріїгазів.

Для опису властивостей реальних газів необхідно враховувати розміри молекул і сили взаємодії між ними. Але при невеликих тисках і дуже низьких температурах розмірами молекули і їх взаємодією можна знехтувати.

Такий газ, молекули якого можна вважати матеріальними точками, які не взаємодіють між собою, називається ідеальним газом.

Стан газу характеризується трьома величинами – об’ємом V, тиском P і температурою T. Ці величини називаються параметрами газу. Всі параметри даної маси газу пов’язані між собою з допомогою рівняння стану газу.

, (1)

де B – деяка константа.

Ця константа для 1 моля позначається буквою R і називається універсальною газовою сталою. Чисельне значення сталої R знайдемо, підставивши в рівняння стану значення параметрів газу в нормальних умовах:

Отже для 1 моля маємо таке рівняння:

PV=RT(2)

Для будь-якої маси газу m рівняння стану запишеться так:

PV=(m/)RT(3)

Це рівняння називається рівнянням Клайперона-Мендєлєєва. В формулі /3/ (m/)являє собою число молей даної маси газу.

Відмітимо, що для того, щоб рівняння /2/ описувало властивості реального газу, в нього потрібно ввести поправки на об’єм В який займали б молекули газу при щільному упакуванні і на силу притягання між молекулами a/V². Тоді одержимо таке рівняння:

(P-a/V²)(V-B) = RT(4)

Рівняння /4/ називають рівнянням Ван-дер-Ваальса. Сталі а і в називають поправними Ван-дер-Ваальса. З формули /4/ випливає, що при р:

V-b0, тобто Vb

Отже, при збільшенні тиску об’єм газу прямує до власного об’єму молекул газу, а не до нуля, формула /4/ є набагато кращим наближенням до дійсності, ніж /2/. Але і вона не абсолютно точна.

Ідеальним називають такий газ, для якого можна знехтувати розмірами молекул та силами молекулярної взаємодії. Молекули в такому газі співударяються за законом співударяння пружних куль. Реальні гази поводять себе як ідеальний тоді, коли середня відстань між молекулами у багато разів перевищує їхні розміри, тобто коли розрідження досить велике. Газ може бути в різних станах, тобто деяка маса газу має об’єм V, тиск p і температуру Т. Величини V, p,Т , що характеризують стан газу, називаються термодинамічними параметрами. Процеси, що відбуваються при сталому значенні одного з параметрів стану ( Т, V або p) з певною сталою масою газу, називаються ізопроцесами.

Ізотермічний процес - процес , що відбувається при сталій температурі ( Т= const). За законом Бойля-Маріотта, тиск даної маси газу при сталій температурі обернено пропорційний об’єму газу. Отже,

або р1V1=р2V2= const

Ізобаричний процес – процес, який відбувається при сталому тиску

( р= const).

Ізохоричний процес – це процес , який відбувається при сталому об’ємі (V = const). Виходячи із закону Шарля, тиск даної маси газу при сталому об’ємі пропорційний його абсолютній температурі:

р = р0 ( 1+ jt)