5. Уравнение Клапейрона. Уравнение Менделеева-Клапейрона.

Выражение является уравнением Клапейрона, в котором В — газовая постоянная, которая различна для разных газов.

Уравнению удовлетворяет только идеальный газ, и оно является уравнением состояния идеального газа для 1 моля, которая называется также уравнением Менделеева-Клайперона.

R=8,31 Дж/(моль•К)

Часто пользуются несколько иной формой уравнения состояния идеального газа, вводя постоянную Больцмана: k=R/NA=1,38•10-23 Дж/К

Исходя из этого уравнение состояния (1) запишем в виде:

где NA/Vm = n — концентрация молекул (число молекул в единице объема).

При одинаковых давлении и температуре любой газ содержат в единице объема одинаковое число молекул. Число молекул, которые содержатся в 1 м3 газа при нормальных условиях, называется числом Лошмидта: N_L = p₀/(kT₀) = 2,68•10²⁵ м^-3

6. Основное уравнение мкт идеальных газов

– импульс

- основное уравнение МКТ идеальных газов.

Средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы идеального газа:

7.Закон максвелла о распределении скоростей идеального газа по скоростям

При выводе основного уравнения молекулярно-кинетической теории полагалось, что молекулы имеют различные скорости. После многократных соударений скорость каждой молекулы изменяется по модулю и направлению. Но из-за хаотического движения молекул все направления движения равновероятны, т. е. в любом направлении в среднем движется равное число молекул.  Согласно молекулярно-кинетической теории, как бы ни изменялись при столкновениях скорости молекул, средняя квадратичная скорость молекул массой m₀ в газе, который находится в состоянии равновесия при Т= const, остается неизменно и равной  Это объясняется тем, что в газе, находящемся в состоянии равновесия, устанавливается некоторое стационарное, не меняющееся со временем статистическое распределение молекул по скоростям, подчиняющаяся вполне определенному статистическому закону. Этот закон теоретически выведен Дж. Максвеллом.  При выводе закона распределения молекул по скоростям Максвелл сделал предположение, что газ состоит из огромного числа N тождественных молекул, которые находятся в состоянии беспорядочного теплового движения при одинаковой температуре. Также предполагалось, что силовые поля на газ не действуют.  Закон Максвелла описывается некоторой функцией f(ν), которая называется функцией распределения молекул по скоростям. Если разбить диапазон скоростей молекул на малые интервалы, которые равны dν, то на каждый интервал скорости приходится число молекул dN(ν), имеющих скорость, которая заключена в этом интервале. Функция f(ν) задает относительное число молекул dN(ν)/N, скорости которых находятся в интервале от ν до ν+dν, т. е.    откуда    Применяя методы теории вероятностей, Максвелл получил функцию f(ν) — закон о распределеня молекул идеального газа по скоростям:   (1)  Из (1) видно, что конкретный вид функции зависит от вида газа (от массы молекулы) и от параметра состояния (от температуры Т).  График функции (1) приведен на рис. 1. Так как при возрастании ν множитель exp[–m₀ν²/(2kT)] уменьшается быстрее, чем увеличивается множитель ν², то функция f(ν), начинаясь от нуля, достигает максимума при ν_B, и затем асимптотически стремится к нулю. Кривая несимметрична относительно ν_B. 

Относительное число молекул dN(ν)/N, со скоростями, лежащими в интервале от ν до ν+dν, рассчитывается как площадь заштрихованной полоски на рис. 1. Площадь, которая ограничена кривой распределения и осью абсцисс, равна единице. Это значит, что функция f(ν) удовлетворяет условию нормировки    Скорость, при которой максимальна функция распределения молекул идеального газа по скоростям, называется наиболее вероятной скоростью, значение которой можно найти продифференцировав выражение (1) (постоянные множители опускаем) по аргументу ν, при этом приравняв результат нулю и используя условие для максимума выражения f(ν):      Значения ν=0 и ν=∞ соответствуют минимумам выражения (1), а значение ν, при котором выражение в скобках становится равным нулю, и есть искомая наиболее вероятная скорость ν_B:   (2)  Из формулы (2) мы видим, что при возрастании температуры максимум функции распределения молекул по скоростям (рис. 2) движется вправо (при этом становится больше значение наиболее вероятной скорости). Однако площадь, которая ограничена кривой, не меняется, поэтому кривая распределения молекул по скоростям при повышении температуры будет растягиваться и понижаться. 

Рис.2

Средняя скорость молекулы <ν> (средняя арифметическая скорость) определяется по формуле    Подставляя сюда f(ν) и интегрируя, получаем   (3)  Скорости, которые характеризуют состояние газа: 1) наиболее вероятная   2) средняя  3) средняя квадратичная   (рис. 1).