3. Газообразное состояние вещества. Модель идеального газа. Газовые законы. Уравнение Клапейрона - Менделеева. Универсальная газовая постоянная, её физический смысл.

Газ (газообразное состояние) — агрегатное состояние вещества, характеризующееся очень слабыми связями между составляющими его частицами (молекулами, атомами или ионами), а также их большой подвижностью. Частицы газа почти свободно и хаотически движутся в промежутках между столкновениями, во время которых происходит резкое изменение характера их движения.

Подобно жидкостям, газы обладают текучестью и сопротивляются деформации. В отличие от жидкостей, газы не имеют фиксированного объёма^[1] и не образуют свободной поверхности, а стремятся заполнить весь доступный объём (например, сосуда).

Идеальный газ — газ, в котором взаимодействие между молекулами сводится к парным столкновениям, причём время межмолекулярного столкновения много меньше среднего времени между столкновениями. Идеальный газ является простейшим модельным объектом молекулярной физики.

Уравнение состояния идеального газа 

Поведение идеальных газов описывают следующие законы: 1) при постоянной температуре изменение объема газа обратно пропорционально изменению давления (закон Бойля - Мариотта); 2) при постоянном давлении изменение объема газа прямо пропорционально изменению абсолютной температуры (закон Шарля - Гей-Люссака); 3) при постоянных температуре и давлении изменение объема прямо пропорционально изменению количества вещества (закон Авогадро). Эти законы можно представлены в уравнение Клапейрона – Менделеева: PV = nRT, где Р - давление газа (Па), V - его объем (м3), Т - абсолютная температура (К), n - число молей газа, R - универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/K*моль. Физический смысл универсальной газовой постоянной в том, что она показывает, какую работу совершает один моль идеального газа при изобарном расширении при нагревании на 1 К.

4. Газовые законы. Их графическое выражение.

Три процесса: изотермический, изохорный и изобарный.

Изопроцессом называют процесс, происходящий с данной массой газа при одном постоянном параметре — температуре, давлении или объеме. Из уравнения состояния как частные случаи получаются законы для изопроцессов.

1) Изотермическим называют процесс, протекающий при постоянной температуре. Т = const. Он описывается законом Бойля—Мариотта: pV = const.

2) Изохорным называют процесс, протекающий при постоянном объеме. Для него справедлив закон Шарля: V = const, p/T = const.

3) Изобарным называют процесс, протекающий при постоянном давлении. Уравнение этого процесса имеет вид V/T = const и называется законом Гей-Люссака.

Все процессы можно изобразить графически

5. Реальные газы. Причины отклонения в поведении реальных газов от законов идеальных газов. Уравнение состояния реального газа Ван-дер-Ваальса. Изотерма реального газа.

Реальные газы не подчиняются законам идеального газа. От­клонения от этих законов увеличиваются с ростом давления и уменьшением температуры газа.

Й. Ван-дер-Ваальс (1873) предложил уравнение состояния ре­ального газа, аналогичное уравнению Клапейрона—Менделеева для идеального газа, в которое введены поправочные параметры, учитывающие собственный объем молекул газа и их взаимное притяжение.

Уравнение Ван-дер-Ваальса для одного моля газа имеет вид

Слагаемое а/V² характеризует внутреннее давление газа; пара­метр а — способность молекул к взаимному притяжению; пара­метр Ь учитывает собственный объем молекул и их взаимное от­талкивание при малых расстояниях.

Изотермы реального газа (схематично) Синие — изотермы при температуре ниже критической. Зелёные участки на них — метастабильные состояния. Участок левее точки F — нормальная жидкость. Точка F — точка кипения. Прямая FG — равновесие жидкой и газообразной фазы. Участок FA — перегретая жидкость. Участок F′A — растянутая жидкость (p<0). Участок AC — аналитическое продолжение изотермы, физически невозможен. Участок CG — переохлаждённый пар. Точка G — точка росы. Участок правее точки G — нормальный газ. Площади фигуры FAB и GCB равны. Красная — критическая изотерма. K — критическая точка. Голубые — сверхкритические изотермы