Физика > Уравнение состояния
Закон идеального газа – формула состояния гипотетического понятия (молекулы лишены контакта).
Задача обучения
- Разобраться в законе идеального газа.
Основные пункты
- Закон добыли эмпирически, объединив закон Бойля и Шарля.
- Эмпирический вывод не касается микроскопических деталей, но закон можно вывести из первых принципов классической термодинамики.
- Газовые давление и объем могут быть связаны со средней скоростью молекул:
Термин
- Моль – базовая единица количества вещества. Вмещает столько элементарных образований, сколько атомов в 12 г углерода-12.
- Идеальный газ – гипотетическое понятие, где молекулы лишены контакта.
- Число Авогадро – количество частичек в 1 моль = 6.02214129 · 1023 моль-1.
Закон для идеального газа – формула состояния гипотетического понятия, где молекулы лишены контакта (только эластичные). Это неплохое приближение к пониманию поведения многих газов, но у него есть ограничения. Впервые закон вывели в 1834 году. Он стал результатом объединения закона Бойля и Шарля.
Эмпирическая деривация
Если мы обратимся к закону Бойля, то выясним, что давление (Р) и объем (V) выступают обратно пропорциональными:
Но закон Шарля утверждает, что объем газа пропорционален абсолютной температуре (T) газа при неизменном давлении:
Объединив два закона, получим:
(С – постоянная, вступающая в прямую пропорциональность количеству газа).
Коэффициент пропорциональности – универсальная газовая постоянная: C = nR.
Следовательно, закон идеального газа: PV = nRT.
Также можно записать как PV = NkT (k – постоянная Больцмана, а N – число молекул).
Эмпирический результат не учитывает микроскопические детали. Но формулу можно вывести из первых принципов классической термодинамики.
Микроскопическая версия
(P – давление, N – число молекул, m – масса молекулы, v – скорость, V – объем газа). Отсюда получаем микроскопический вариант закона идеального газа:
Раздел Физика |
|||||
Введение | |||||
Температурные и температурные весы | |||||
Тепловое расширение | |||||
Идеальный газ | |||||
Кинетическая теория | |||||
Изменения фазы | |||||
Нулевой закон термодинамики | |||||
Тепловое давление | |||||
Диффузия |