-->
Óðàâíåíèå ñîñòîÿíèÿ èäåàëüíîãî ãàçà. Ôèçèêà 10 êëàññ. Ìÿêèøåâ
ìîé ÞÒÓÁ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!
ìîé ÒÅËÅÃÐÀÌ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!

 


Ñîäåðæàíèå

 

Ãëàâíàÿ >> Ôèçèêà 10 êëàññ. Ìÿêèøåâ

Ãëàâà 10. Óðàâíåíèå ñîñòîÿíèÿ èäåàëüíîãî ãàçà. Ãàçîâûå çàêîíû

 


§ 63. Óðàâíåíèå ñîñòîÿíèÿ èäåàëüíîãî ãàçà

 ýòîé ãëàâå âû íå âñòðåòèòå ïðèíöèïèàëüíî íîâûõ ñâåäåíèé î ãàçàõ. Ðå÷ü ïîéä¸ò î ñëåäñòâèÿõ, êîòîðûå ìîæíî èçâëå÷ü èç ïîíÿòèÿ òåìïåðàòóðû è äðóãèõ ìàêðîñêîïè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ. Îñíîâíîå óðàâíåíèå ìîëåêóëÿðíîêèíåòè÷åñêîé òåîðèè ãàçîâ âïëîòíóþ ïðèáëèçèëî íàñ ê óñòàíîâëåíèþ ñâÿçåé ìåæäó ýòèìè ïàðàìåòðàìè.

    Êàê ìîæíî ðàññ÷èòàòü ìàññó âîçäóõà â êàáèíåòå ôèçèêè?

    Êàêèå ïàðàìåòðû âîçäóõà áóäóò íåîáõîäèìû äëÿ îïðåäåëåíèÿ ýòîé ìàññû?

Ìû äåòàëüíî ðàññìîòðåëè ïîâåäåíèå èäåàëüíîãî ãàçà ñ òî÷êè çðåíèÿ ìîëåêóëÿðíî-êèíåòè÷åñêîé òåîðèè. Áûëà îïðåäåëåíà çàâèñèìîñòü äàâëåíèÿ ãàçà îò êîíöåíòðàöèè åãî ìîëåêóë è òåìïåðàòóðû (ñì. ôîðìóëó (9.17)).

Íà îñíîâå ýòîé çàâèñèìîñòè ìîæíî ïîëó÷èòü óðàâíåíèå, ñâÿçûâàþùåå âñå òðè ìàêðîñêîïè÷åñêèõ ïàðàìåòðà ð, V è Ò, õàðàêòåðèçóþùèå ñîñòîÿíèå èäåàëüíîãî ãàçà äàííîé ìàññû.

Çàìåòèì, ÷òî ôîðìóëîé (9.17) ìîæíî ïîëüçîâàòüñÿ òîëüêî äî äàâëåíèÿ ïîðÿäêà 10 àòì.

Çàïîìíè
Óðàâíåíèå, ñâÿçûâàþùåå òðè ìàêðîñêîïè÷åñêèõ ïàðàìåòðà ð, V è Ò, íàçûâàþò óðàâíåíèåì ñîñòîÿíèÿ èäåàëüíîãî ãàçà.

Ïîäñòàâèì â óðàâíåíèå ð = nkT âûðàæåíèå äëÿ êîíöåíòðàöèè ìîëåêóë ãàçà. Ó÷èòûâàÿ ôîðìóëó (8.8), êîíöåíòðàöèþ ãàçà ìîæíî çàïèñàòü òàê:

Âûðàæåíèå äëÿ êîíöåíòðàöèè ìîëåêóë ãàçà

ãäå NA — ïîñòîÿííàÿ Àâîãàäðî, m — ìàññà ãàçà, Ì — åãî ìîëÿðíàÿ ìàññà. Ïîñëå ïîäñòàíîâêè ôîðìóëû (10.1) â âûðàæåíèå (9.17) áóäåì èìåòü

Çàïîìíè
Ïðîèçâåäåíèå ïîñòîÿííîé Áîëüöìàíà k è ïîñòîÿííîé Àâîãàäðî NA íàçûâàþò óíèâåðñàëüíîé (ìîëÿðíîé) ãàçîâîé ïîñòîÿííîé è îáîçíà÷àþò áóêâîé R:

R = kNA = 1,38 • 10-23 Äæ/Ê • 6,02 • 1023 1/ìîëü = 8,31 Äæ/(ìîëü • Ê). (10.3)

Ïîäñòàâëÿÿ â óðàâíåíèå (10.2) âìåñòî kNA óíèâåðñàëüíóþ ãàçîâóþ ïîñòîÿííóþ R, ïîëó÷àåì

Âàæíî
óðàâíåíèå ñîñòîÿíèÿ èäåàëüíîãî ãàçà ïðîèçâîëüíîé ìàññû

óðàâíåíèå ñîñòîÿíèÿ èäåàëüíîãî ãàçà ïðîèçâîëüíîé ìàññû

Ä. È. Ìåíäåëååâ

Åäèíñòâåííàÿ âåëè÷èíà â ýòîì óðàâíåíèè, çàâèñÿùàÿ îò ðîäà ãàçà, — ýòî åãî ìîëÿðíàÿ ìàññà.

Èç óðàâíåíèÿ ñîñòîÿíèÿ âûòåêàåò ñâÿçü ìåæäó äàâëåíèåì, îáú¸ìîì è òåìïåðàòóðîé èäåàëüíîãî ãàçà, êîòîðûé ìîæåò íàõîäèòüñÿ â äâóõ ëþáûõ ñîñòîÿíèÿõ.

Åñëè èíäåêñîì 1 îáîçíà÷èòü ïàðàìåòðû, îòíîñÿùèåñÿ ê ïåðâîìó ñîñòîÿíèþ, à èíäåêñîì 2 — ïàðàìåòðû, îòíîñÿùèåñÿ êî âòîðîìó ñîñòîÿíèþ, òî ñîãëàñíî óðàâíåíèþ (10.4) äëÿ ãàçà äàííîé ìàññû

ñîãëàñíî óðàâíåíèþ äëÿ ãàçà äàííîé ìàññû

Ïðàâûå ÷àñòè ýòèõ óðàâíåíèé îäèíàêîâû, ñëåäîâàòåëüíî, äîëæíû áûòü ðàâíû è èõ ëåâûå ÷àñòè:

Ïðàâûå ÷àñòè ýòèõ óðàâíåíèé îäèíàêîâû, ñëåäîâàòåëüíî, äîëæíû áûòü ðàâíû è èõ ëåâûå ÷àñòè

Èçâåñòíî, ÷òî îäèí ìîëü ëþáîãî ãàçà ïðè íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ (ð0 = 1 àòì = 1,013 • 105 Ïà, t = 0 °Ñ èëè Ò = 273 Ê) çàíèìàåò îáú¸ì 22,4 ë. Äëÿ îäíîãî ìîëÿ ãàçà, ñîãëàñíî ñîîòíîøåíèþ (10.5), çàïèøåì:

Äëÿ îäíîãî ìîëÿ ãàçà

Ìû ïîëó÷èëè çíà÷åíèå óíèâåðñàëüíîé ãàçîâîé ïîñòîÿííîé R.

Òàêèì îáðàçîì, äëÿ îäíîãî ìîëÿ ëþáîãî ãàçà

Çàïîìíè
Óðàâíåíèå ñîñòîÿíèÿ â ôîðìå (10.4) áûëî âïåðâûå ïîëó÷åíî âåëèêèì ðóññêèì ó÷¸íûì Ä. È. Ìåíäåëååâûì. Åãî íàçûâàþò óðàâíåíèåì Ìåíäåëååâà—Êëàïåéðîíà.

Óðàâíåíèå ñîñòîÿíèÿ â ôîðìå (10.5) íàçûâàåòñÿ óðàâíåíèåì Êëàïåéðîíà è ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îäíó èç ôîðì çàïèñè óðàâíåíèÿ ñîñòîÿíèÿ.

Á. Êëàïåéðîí â òå÷åíèå 10 ëåò ðàáîòàë â Ðîññèè ïðîôåññîðîì â èíñòèòóòå ïóòåé ñîîáùåíèÿ. Âåðíóâøèñü âî Ôðàíöèþ, ó÷àñòâîâàë â ïîñòðîéêå ìíîãèõ æåëåçíûõ äîðîã è ñîñòàâèë ìíîæåñòâî ïðîåêòîâ ïî ïîñòðîéêå ìîñòîâ è äîðîã.

Åãî èìÿ âíåñåíî â ñïèñîê âåëè÷àéøèõ ó÷¸íûõ Ôðàíöèè, ïîìåù¸ííûé íà ïåðâîì ýòàæå Ýéôåëåâîé áàøíè.

Óðàâíåíèå ñîñòîÿíèÿ íå íàäî âûâîäèòü êàæäûé ðàç, åãî íàäî çàïîìíèòü. Íåïëîõî áûëî áû ïîìíèòü è çíà÷åíèå óíèâåðñàëüíîé ãàçîâîé ïîñòîÿííîé:

R = 8,31 Äæ/(ìîëü • Ê).

Äî ñèõ ïîð ìû ãîâîðèëè î äàâëåíèè èäåàëüíîãî ãàçà. Íî â ïðèðîäå è â òåõíèêå ìû î÷åíü ÷àñòî èìååì äåëî ñî ñìåñüþ íåñêîëüêèõ ãàçîâ, êîòîðûå ïðè îïðåäåë¸ííûõ óñëîâèÿõ ìîæíî ñ÷èòàòü èäåàëüíûìè.

Ñàìûé âàæíûé ïðèìåð ñìåñè ãàçîâ — âîçäóõ, ÿâëÿþùèéñÿ ñìåñüþ àçîòà, êèñëîðîäà, àðãîíà, óãëåêèñëîãî ãàçà è äðóãèõ ãàçîâ. ×åìó æå ðàâíî äàâëåíèå ñìåñè ãàçîâ?

Äëÿ ñìåñè ãàçîâ ñïðàâåäëèâ çàêîí Äàëüòîíà.

Çàêîí Äàëüòîíà
Äàâëåíèå ñìåñè õèìè÷åñêè íåâçàèìîäåéñòâóþùèõ ãàçîâ ðàâíî ñóììå (ÖÙé èõ ïàðöèàëüíûõ äàâëåíèé:

p = p1 + p2 + ... + pi + ... .

ãäå ði — ïàðöèàëüíîå äàâëåíèå i-é êîìïîíåíòû ñìåñè.

Êëþ÷åâûå ñëîâà äëÿ ïîèñêà èíôîðìàöèè ïî òåìå ïàðàãðàôà.
Óðàâíåíèå ñîñòîÿíèÿ. Óíèâåðñàëüíàÿ ãàçîâàÿ ïîñòîÿííàÿ

Âîïðîñû ê ïàðàãðàôó

    1. ×òî íàçûâàþò óðàâíåíèåì ñîñòîÿíèÿ?

    2. Êàêàÿ ôîðìà óðàâíåíèÿ ñîñòîÿíèÿ ñîäåðæèò áîëüøå èíôîðìàöèè: óðàâíåíèå Êëàïåéðîíà èëè óðàâíåíèå Ìåíäåëååâà — Êëàïåéðîíà?

    3. Ïî÷åìó ãàçîâàÿ ïîñòîÿííàÿ R íàçûâàåòñÿ óíèâåðñàëüíîé?

    4. Ñôîðìóëèðóéòå çàêîí Äàëüòîíà.

Îáðàçöû çàäàíèé ÅÃÝ

A1. Óðàâíåíèå Ìåíäåëååâà—Êëàïåéðîíà

    1) ñâÿçûâàåò ìåæäó ñîáîé ìàêðîïàðàìåòðû ãàçà
    2) ñâÿçûâàåò ìåæäó ñîáîé ìèêðîïàðàìåòðû ãàçà
    3) ñâÿçûâàåò ìàêðîïàðàìåòðû ãàçà ñ åãî ìèêðîïàðàìåòðàìè
    4) íå ñâÿçàíî íè ñ ìèêðîïàðàìåòðàìè, íè ñ ìàêðîïàðàìåòðàìè

A2.Êèñëîðîä íàõîäèòñÿ â ñîñóäå âìåñòèìîñòüþ 0,4 ì3 ïîä äàâëåíèåì 8,3 • 105 Ïà è ïðè òåìïåðàòóðå 320 Ê. ×åìó ðàâíà ìàññà êèñëîðîäà? Ìîëÿðíàÿ ìàññà êèñëîðîäà 0,032 êã/ìîëü.

1) 2 êã       2) 0,4 êã       3) 4 êã       4) 2 • 10-23 êã

A3.Àçîò ìàññîé 0,3 êã ïðè òåìïåðàòóðå 280 Ê îêàçûâàåò äàâëåíèå íà ñòåíêè ñîñóäà, ðàâíîå 8,3 • 104 Ïà. ×åìó ðàâåí îáú¸ì ãàçà? Ìîëÿðíàÿ ìàññà àçîòà 0,028 êã/ìîëü.

1) 0,3 ì3       2) 3,3 ì3       3) 0,6 ì3       4) 60 ì3

A4. ñîñóäå íàõîäèòñÿ æèäêèé àçîò N2 ìàññîé 10 êã. Êàêîé îáú¸ì çàéì¸ò ýòîò ãàç ïðè íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ (273 Ê; 100 êÏà)? Ìîëÿðíàÿ ìàññà àçîòà 0,028 êã/ìîëü.

1) 4,05 ì3       2) 8,1 ì3       3) 16,2 ì3       4) 24,3 ì3

A5. áàëëîíå âìåñòèìîñòüþ 1,66 ì3 íàõîäèòñÿ àçîò ìàññîé 2 êã ïðè äàâëåíèè 100 êÏà. ×åìó ðàâíà òåìïåðàòóðà ýòîãî ãàçà? Ìîëÿðíàÿ ìàññà àçîòà 0,028 êã/ìîëü.

1) 280 °Ñ       2) 140 °Ñ       3) 7 °Ñ       4) -13 °Ñ

 

 

Ðåéòèíã@Mail.ru
<">


Ñîäåðæàíèå

interfaceType: 0, withoutIframe: true,