§ 5. Параметры состояния газа

Главную роль в поведении газа играет хаотическое движение его молекул. Тепловое движение молекул многоатомного газа пред­ставляет собой поступательное и вращательное движение. Внутри молекулы атомы могут совершать еще и колебательное движение, однако при низких и средних температурах его роль незначительна, и только при очень высоких температурах колебательное движение атомов в молекулах газа вносит заметный вклад в тепловое движе­ние.

Для объяснения свойств вещества в газообразном состоянии ис­пользуется модель идеального газа.

Основными параметрами состояния газа служат давление, тем­пература и удельный объем. Эти параметры связаны между собой определенной зависимостью, которая называется уравнением состоя­ния газа: давление газа прямо пропорционально средней кинетиче­ской энергии поступательного движения молекул газа и их числу в единице объема.

Различают атмосферное, избыточное и абсолютное давления газа.

Атмосферное давление, т. е. давление слоя воздуха, измеряется барометром и поэтому часто называется барометрическим.

Избыточное давление — давление сверх атмосферного — опреде­ляется с помощью манометра, отсюда его другое название — мано­метрическое.

Абсолютным называется действительное давление газа. Оно представляет собой сумму атмосферного и избыточного давлений.

Для того чтобы определить абсолютное давление газа, надо сло­жить показания двух приборов: барометра и манометра (в одина­ковых единицах).

Если абсолютное давление ниже атмосферного, то оно определя­ется путем вычитания из показания барометра показания вакуум­метра: Рабс=Рбар—Рвак.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории для иде­ального газа устанавливает связь легко измеряемого макроскопиче­ского параметра— давления — с такими микроскопическими пара­метрами газа, как средняя кинетическая энергия и концентрация молекул. Поэтому кроме измерения давления для нахождения мик­роскопических параметров газа нужны измерения температуры.

Шкалу температур, установленную по водородному термометру, у которой 0°С соответствует температуре таяния льда, а 100^СС — температуре кипения воды, называют шкалой Цельсия. Нуль на шкале Цельсия определен условно, размер градуса — произвольно. Это означает, что с научной точки зрения допустимо иное построение температурной шкалы.

Английский ученый Кельвин в середине прошлого века предло­жил новую температурную шкалу, которую теперь называют абсо­лютной термодинамической шкалой температур, иногда — шкалой Кельвина. За начало отсчета по этой шкале принята наименьшая теоретически возможная температура, так называемая температура абсолютного нуля, а размер градуса (Кельвин —К) определяют так, чтобы он по возможности точно совпадал с градусом Цельсия.

Температура 0°С по шкале Цельсия соответствует температуре 273 К по абсолютной шкале. Так как единица температуры по аб­солютной шкале 1 К выбрана равной единице температуры по шка­ле Цельсия 1°Сто при любой температуре t по Цельсию значение абсолютной температуры Т выше на 273 градуса:

Т =t+273.

Из уравнения следует, что абсолютный нуль соответствует —273°С. 14

Удельным объемом газа называют объем единицы его массы. Определяют его как объем 1 кг газа, выраженный в кубических метрах. Удельный объем — величина, обратная плотности газа: V_уд=l/ρ.

Объем газа так же, как его удельный объем и плотность, зави­сит от условий, в которых находится газ (давление и температура).

При постоянной массе газа произведение объема V на давление ρ, деленное на абсолютную температуру газа Т, есть величина по­стоянная для всех состояний этой массы газа:

ρV/T=const.