Властивості газів » Українські и

Реферат

Пензенський державний приладобудівний коледж. </ p>

  • РЕФЕРАТ </ p>
  • З фізики на тему: «Властивості газів». </ p>
  • Роботу виконав студент гр. </ p>
  • <
  • p>
  • Роботу перевірила </ p>

2000 </ p>

  • Тиск газу </ p>
  • Газ завжди заповнює об’єм, обмежений непроникними для нього стінками.

Так, наприклад, газовий балон або камера автомобільної шини практичнорівномірно заповнені газом.

Прагнучи розширитися, газ чинить тиск на стінки балона, камери шиниабо будь-якого іншого тіла, твердого або рідкого, з яким він стикається.

Якщо не брати до уваги дії поля тяжіння Землі, яке призвичайних розмірах судин лише мізерно змінює тиск, то при рівновазітиску газу в посудині видається нам абсолютно рівномірним. Цезауваження відноситься до макросвіт. Якщо ж уявити собі, що відбувається вмікросвіті молекул, що складають газ в посудині, то ні про яку рівномірномурозподіл тиску не може бути й мови. В одних місцях поверхністінки молекули газу б’ють у стінки, у той час як в інших місцях ударивідсутні. Ця картина весь час безладним чином змінюється. Молекулигазу вдаряють об стінки судин, а потім відлітають зі швидкістю майже щорівною швидкості молекули до удару. Під час удару молекула передає стінцікількість руху, рівне mv, де m — маса молекули і v — її швидкість.

Відбиваючись від стінки, молекула надає їй ще таку ж кількість рухуmv. Таким чином, при кожному ударі (перпендикулярно стінці) молекулапередає їй кількість руху рівне 2mv. Якщо за 1 секунду на 1 см 2

стінки доводиться N ударів, то повне кількість руху, переданецієї ділянки стінки, так само 2Nmv. У силу другого закону Ньютона це кол-воруху дорівнює добутку сили F, що діє на цю ділянку стінки, начас t, протягом якого вона діє. У нашому випадку t = 1сек. Отже

F = 2Nmv, є сила, яка діє на 1см2 стінки, тобто тиск, якийприйнято позначати р (причому р. чисельно дорівнює F).

Отже маємо р = 2Nmv

Ежу понятно, що число ударів за 1 сек залежить від швидкості молекул, і числаn молекул в одиниці об’єму. При не дуже стиснутому газі можна вважати, що Nпропорційно n і v, тобто р пропорційно nmv2.

Отже, для того щоб розрахувати за допомогою молекулярної теорії тискгазу, ми повинні знати такі характеристики мікросвіту молекул: масу m,швидкість v і число молекул n в одиниці об’єму. Для того, щоб знайти цімікро характеристики молекул, ми повинні встановити, від яких характеристикмакросвіту залежить тиск газу, тобто встановити на досвіді закони газовоготиску. Порівнявши ці досвідчені закони до законів, розрахованими за допомогоюмолекулярної теорії, ми отримаємо можливість визначити характеристикимікросвіту, наприклад швидкості газових молекул.

3 стр., 1107 слов

Реферат тиск газів і рідин закон паскаля

... мала, але дію всіх молекул про стінки судини значно, це й створює тиск газу. Отже, тиск газу на стінки судини (і вміщене в газ тіло) викликається ударами молекул газу. Відомо, що молекули газу безладно рухаються. При ... Віз душний шар, прилеглий безпосередньо до Землі, стиснутий і відповідно до Закону Паскаля передає продуковане нею тиск на усіх напрямах. Внаслідок цього земна поверхню й тіла, ...

Отже, установами, від чого залежить тиск газу?

По-перше, від ступеня стиснення газу, тобто від того від того, скільки молекулгазу знаходиться в певному обсязі. Наприклад, накачуючи шину або стискаючиїї, ми змушуємо газ сильніше тиснути на стінки камери.

По-друге, від того, яка температура газу.

Зазвичай зміна тиску викликається обома причинами відразу: і зміноюобсягу, і зміною температури. Але можна здійснити явище так, що призміні обсягу температура буде мінятися мізерно мало або при змінітемператури обсяг практично залишиться незмінним. Цими випадками миспершу і займемося, зробивши попередньо ще таке зауваження.

Ми будемо розглядати газ в стані рівноваги. Це означає, що в газівстановилося як механічне, так і теплова рівновага.

Механічне рівновагу означає, що не відбувається руху окремихчастин газу. Для цього необхідно, щоб тиск газу було у всіх йогочастинах однаково, якщо знехтувати незначною різницею тиску вверхніх і нижніх шарах газу, що виникає під дією сили тяжіння.

Теплове рівновага означає, що не відбувається передачі тепла від одногоділянки газу до іншого. Для цього необхідно, щоб температура в усьомуобсязі газу була однакова. </ p>

Залежність тиску газу від температури

Почнемо із з’ясування залежності тиску газу від температури за умовинезмінного обсягу певної маси газу. Ці дослідження були впершевироблені в 1787 р. Шарлем. Можна відтворити ці досліди в спрощеномувигляді, нагріваючи газ у великій колбі, поєднаної з ртутним манометром ввигляді вузької зігнутої трубки.

Пренебрежем незначним збільшенням об’єму колби при нагріванні інезначною зміною об’єму при зсуві ртуті у вузькій манометріческоетрубці. Таким чином, можна вважати обсяг газу незмінним. Підігріваючи

«воду в посудині, що оточує колбу, будемо відзначати температуру газу потермометру, а відповідний тиск — по манометру. Наповнивши посудинутане, льодом, виміряємо тиск відповідне температурі 0 ° С. </ p>

Досліди подібного роду показали наступне:

1. Збільшення тиску деякої маси газу при нагріванні на 1 ° становить певну частину? того тиску, який мала ця маса газу при температурі 0 ° С. Якщо тиск при 0 ° С позначити через Р, то.пріращеніе тиску газу при нагріванні на 1 ° С є? Р.

При нагріванні на т градусів збільшення тиску буде в т разів більше, тобто збільшення тиску пропорційно збільшенню температури .

2. Величина?, Що показує, на яку частину тиску при 0 ° С збільшується тиск газу при нагріванні на 1 °, має одне і те ж значення (точніше, майже одне і те ж) для всіх газів,, а саме (1/273) град -1. Величину? називають термічним, коефіцієнтом тиску. Таким чином, термічний коефіцієнт тиску для всіх газів має одне й те ж значення, що дорівнює

(1/273) град-1.

Тиск деякої маси газу при нагріванні на 1 ° в незмінному обсязі збільшується на (1/273 ) частина тиску при 0 ° С. (закон Шарля).

13 стр., 6262 слов

Механика жидкости и газа (2)

... деятельности человека. Законы механики сплошной среды. Механика сплошной среды основывается на трёх главных законах: 1. Сохранение ... добиться наибольшей эффективности устройств, использующих жидкость или газ (двигателей реактивных самолётов или впрыскивателей топлива ... способного совершать работу, превосходящую необходимые для его функционирования затраты энергии). В основе закона сохранения энергии ...

Слід мати, проте, на увазі, що температурний коефіцієнт тиску газу, отриманий при вимірюванні температури по ртутного термометру, не в точності однаковий для різних температур: закон Шарля виконується тільки приблизно, хоча і з дуже великим ступенем точності. </ p>

  • Формула, що виражає закон Шарля.

Закон Шарля дозволяє розрахувати тиск газу при будь-якій температурі, якщовідомо його тиск при 0 ° С. Нехай тиск при 0 ° С даної маси газу вданому обсязі є p0, а тиск того ж газу при температурі t є p.

Приріст температури є t, отже, збільшення тиску одно

? p0t і шукане тиск дорівнює

P = p0 +? p0t = p0 (1 +? t) = p0 (1 + t/273) (1)

Цією формулою можна користуватися також і в тому випадку, якщо газ охолодженийнижче 0 ° С; при цьому t буде мати негативні значення. При дуже низькихтемпературах, коли газ наближається до стану зрідження, а також у разісильно стиснутих газів закон Шарля непріложім і формула (1) перестає бутипридатною. </ p>

  • Закон Шарля з точки зору молекулярної теорії </ p>

— Що відбувається в мікросвіті молекул, коли температура газу змінюється,наприклад коли температура газу підвищується і тиск його збільшується? Зточки зору молекулярної теорії можливі дві причини збільшення тиску,даного газу: по-перше, могло збільшитися кількість ударів молекул на 1 см2 впротягом 1 сек, по-друге, могло збільшитися кількість руху,передається при ударі в стінку однією молекулою. І та і інша причинавимагає збільшення швидкості молекул. Звідси стає ясним, що підвищеннятемператури газу (у макросвіті) є збільшення середньої швидкостібезладного руху молекул (у мікросвіті).

Досліди по визначеннюшвидкостей газових молекул, про які буду говорити трохи далі,підтверджують цей висновок.

Коли ми маємо справу не з газом, а з твердим йди рідким тілом, у нашомурозпорядженні немає таких безпосередніх методів визначення швидкостімолекул тіла. Проте і в цих випадках безсумнівно, що з підвищеннямтемператури швидкість руху молекул зростає. </ p>

  • Зміна температури газу при зміні його обсягу. Адіабатичні іізотермічні процеси.

Ми встановили, як тиск газу залежить від температури, якщо обсягзалишається незмінним. Тепер подивимося, як міняється тиск деякоїмаси газу в залежності від займаного нею об’єму, якщо температуразалишається незмінною. Однак, перш ніж перейти до цього питання, требаз’ясувати, як підтримувати температуру газу незмінною. Для цього требавивчити, що відбувається, з температурою газу, якщо обсяг його міняєтьсянастільки швидко, що теплообмін газу з навколишніми тілами практичновідсутня.

Зробимо такий досвід. У закриту з одного кінця товстостінну трубку зпрозорого матеріалу помістимо ватку, злегка змочену ефіром, і цимстворимо усередині трубки суміш парів ефіру з повітрям, вибухають принагріванні. Потім швидко вдвінем в трубку щільно входить поршень. Мипобачимо, що усередині трубки станеться маленький вибух. Це означає, що пристисненні суміші парів ефіру з повітрям температура суміші різко підвищилася. Цеявище цілком зрозуміло. Стискаючи газ зовнішньою силою, ми проводимо роботу, врезультаті якої внутрішня енергія газу повинна була збільшитися, це івідбулося-газ нагрівся.

5 стр., 2032 слов

Зріджений газ та його використання

... що у ній втрачається частина тиску газу та газ виходить із перегородки за більш низькому тиску. Газ розширюється чидросселируется.Дросселем називається будь-яке ... скраплених газів, і навіть вивчення способів отримання й використання таких газів. Тема роботи актуальна нині, оскільки ... не можна перекласти на ліквідність. До таких газам ставляться повітря (і навіть його складові – азот, кисень і аргон), ...

Тепер надамо газу розширюватися і робити при цьому роботу протисил зовнішнього тиску. Це можна здійснити. Хай у великій бутлізнаходиться стиснене повітря, що має кімнатну температуру. Повідомивши бутель ззовнішнім повітрям, дамо повітрю в бутлі можливість розширюватися, виходячи зневеликого. отвору назовні, і помістимо в струмені розширюється повітрятермометр або колбу з трубкою. Термометр покаже температуру, помітно більшенизьку, ніж кімнатна, а крапля в трубці, приєднаної до колби, побіжить всторону колби, що також буде вказувати на зниження температури повітря вструменю. Значить, коли газ розширюється і при цьому здійснює роботу, вінохолоджується і внутрішня енергія його зменшується. Ясно, що нагрівання газу пристисненні і охолодження при розширенні є виразом закону збереженняенергії.

Якщо ми звернемося до мікросвіту, то явища нагрівання газу при стисненні іохолодження при розширенні стануть цілком ясними. Коли молекула вдаряється внерухому стінку і відскакує від неї, швидкість, а отже, ікінетична енергія молекули, в середньому така ж, як і до удару обстінку. Але якщо молекула вдаряється і відскакує від насувається на неїпоршня, її швидкість і кінетична енергія більше, ніж до удару об поршень

(подібно до того як швидкість тенісного м’яча збільшується, якщо його вдаритив зустрічному напрямку ракеткою).

Насувається поршень передаєщо відбивається від нього молекулі додаткову енергію. Тому внутрішняенергій газу при стисненні зростає. При отскаківаніі від віддалюваною поршняшвидкість молекули зменшується, бо молекула здійснює роботу, штовхаючищо відходить поршень. Тому розширення газу, пов’язане з отодвіганіем поршняабо шарів навколишнього газу, супроводжується вчиненням роботи та призводить дозменшення внутрішньої енергії газу.

Отже, стиснення газу зовнішньою силою викликає його нагрівання, а розширення газусупроводжується його охолодженням. Це явище в деякій мірі має місцезавжди, але особливо різко замітав тоді, коли обмін теплотою з оточуючимитілами зведений до мінімуму, бо такий обмін може більшою чи меншоюмірою компенсувати зміну температури.

Процеси, за яких передача теплоти настільки незначна, що нею можназневажити, називають адіабатичним.

Повернімося до питання, поставленого на початку глави. Як забезпечитисталість температури газу, незважаючи на зміни його обсягу? Очевидно,для цього треба безперервно передавати газу теплоту ззовні, якщо вінрозширюється, і безперервно відбирати від нього теплоту, передаючи її оточуючимтіл, якщо газ стискається. Зокрема, температура газу залишаєтьсядосить постійною, якщо розширення або стиснення газу проводиться дужеповільно, а передача теплоти ззовні або зовні може відбуватися здостатньою швидкістю. При повільному розширенні теплота від оточуючих телпередається газу і його температура знижується так мало, що цим зниженнямможна знехтувати. При повільному стисканні теплота, навпаки, передається відгазу до оточуючих тіл, і внаслідок цього температура його підвищується лишемізерно мало.

Процеси, при яких температура підтримується незмінною, називають ізотермічними. </ p>

Закон Бойля — Маріотта

Перейдемо тепер до більш докладного вивчення питання, як міняється тиск деякої маси газу, якщо температура його залишається незмінною і змінюється лише обсяг газу. Ми вже з’ясували, що такий ізотермічний процес здійснюється за умови постійності температури тіл, що оточують газ, і настільки повільного зміни обсягу газу, що температура газу в будь-який момент процесу не відрізняється від температури оточуючих тел.

8 стр., 3735 слов

Пальники з примусовою подачею повітря, одоризації газу

... пальника показана на рис.1. Повітря, необхідне для горіння, нагнітається в пальники примусово вентилятором, повітродувкою або компресором. Газ ... ще більше поліпшити, якщо газ в закручений потік повітря подавати не тільки ... з різким характерним запахом. Його основним недоліком є ​​хімічна ... тиску в топці; необхідність встановлювати клапан блокування, що відключає подачу газу при припиненні подачі повітря; ...

Ми ставимо, таким чином, питання: як пов’язані між собою обсяг і тискпри ізотермічному зміну стану газу? Щоденний досвід вчить нас, щопри зменшенні обсягу деякої маси газу тиск його збільшується. УЯк приклад можна вказати підвищення пружності при накачуванняфутбольного м’яча, велосипедної або автомобільної шини. Виникає питання:як саме збільшується тиск газу при зменшенні обсягу, якщотемпература газу залишається незмінною?

Відповідь на це запитання дали дослідження, вироблені в XVII століттіанглійським фізиком і хіміком Робертом Бойл (1627-1691) і французькимфізиком Едемом Маріотто (1620-1684).

Досліди, які встановлюють залежність між об’ємом і тиском газу, можнавідтворити: на вертикальній стійці, забезпеченою поділками, знаходятьсяскляні трубки А і В, з’єднані гумовою трубкою С. У трубки налитартуть. Трубка У зверху відкрита, на трубці А є кран. Закриємо цейкран, замкнувши таким чином деяку масу повітря в трубці А. Поки ми неЗрушуємо трубок, рівень ртуті в обох трубках однаковий. Це означає, щотиск повітря, замкненого в трубці А, таке ж, як і тискнавколишнього повітря.

Будемо тепер повільно піднімати трубку В. Ми побачимо, що ртуть в обохтрубках буде підніматися, але не однаково: в трубці У рівень ртуті будевесь час вище, ніж у А. Якщо ж опустити трубку В, то рівень ртуті вобох колінах знижується, але в трубці У зниження більше, ніж у А.

Обсяг повітря, замкненого в трубці А, можна відрахувати з розподілу трубки А.

Тиск цього повітря буде відрізнятися від атмосферного на величинутиску стовпа ртуті, висота якого дорівнює різниці рівнів ртуті втрубках А та В. При. підняття трубки У тиск стовпа ртуті додається доатмосферного тиску. Обсяг повітря в А при цьому зменшується. Приопусканні трубки У рівень ртуті в ній виявляється нижче, ніж в А, ітиск стовпа ртуті віднімається з атмосферного тиску; об’єм повітря в

А відповідно збільшується.

Зіставляючи отримані таким чином значення тиску і об’єму повітря,замкненого в трубці А, переконаємося, що при збільшенні обсягу деякої масиповітря в певне число разів тиск його в стільки ж разівзменшується, і навпаки. Температуру повітря в трубці при наших дослідахможна вважати незмінною.

Подібні ж досліди можна «зробити і з іншими газами. Результативиходять такі ж.

Отже, тиск деякої маси газу при незмінній температурі назадпропорційно обсягу газу (закон Бойля-Маріотта).

Для розріджених газів закон Бойля — Маріотта виконується з високим ступенемточності. Для газів само сильно стиснених або охолоджених виявляютьсяпомітні відступу від цього закону. </ p>

  • Формула, що виражає закон Бойля — Маріотта. </ p>
  • (2) </ p>
  • Графік, що виражає закон Бойля — Маріотта. </ p>
  • У фізиці і в техніці часто користуються графіками, що показують залежністьтиску газу від його обсягу. Накреслив такий графік для ізотермічногопроцесу. Будемо по осі абсцис відкладати обсяг газу, а по осі ординат-йоготиск.

</ p>

11 стр., 5292 слов

Тиск твердих тіл, рідин, газів

... в посудинах А і Б однакова. 3. У закритому сталевому балоні перебуває стиснене повітря. Виберіть правильне твердження. А. Повітря тисне тільки на дно балона. + Б. Тиск повітря обумовлений швидким ... а які — неправильні. А. Кількість молекул газів усередині котла не змінюється. + Б. Тиск у котлі зростає. В. Удари молекул газів об стінки котла стали слабкішими. Г. Удари ...

та.

Візьмемо приклад. Нехай тиск даної-маси газу при обсязі 1 м3 одно 3,6кг/см2. На підставі закону, Бойля — Маріотта розрахуємо, що при обсязі,рівному 2 м3, тиск дорівнює 3,6 * 0,5 кг/см 2 = 1,8 кг/см2. Продовжуючи такірозрахунки,, отримаємо таку табличку:

V (в м3) 1 2 3 4 5 6

P (в кг1см2) 3,6 1,8 1,2 0,9 0,72 0,6 </ p>

  • Наносячи ці дані на креслення у вигляді крапок, абсциса яких єзначення V, а ординат — відповідні значення Р, отримаємо кривулінію-графік ізотермічного процесу в газі (малюнок вище).

    </ p>

  • Залежність між щільністю газу і його тиском.

Згадаймо, що щільністю речовини називається маса, укладена в одиниціобсягу. Якщо ми як-небудь змінимо об’єм даної маси газу, то зміниться іщільність газу. Якщо, наприклад, ми зменшимо обсяг газу в п’ять разів, тощільність газу увелічітс?? в п’ять разів. При цьому збільшиться і тиск газу;якщо температура не змінилася, то, як показує закон Бойля — Маріотта,тиск збільшиться теж у п’ять разів. З цього прикладу видно, що приізотермічному процесі тиск газу змінюється прямо пропорційно йогощільності.

Позначивши щільності газу при тиску P1 і P2 літерами d1 іd2, можемонаписати: </ p>

(3)

Цей важливий результат можна вважати іншим і більш істотним виразомзакону Бойля — Маріотта. Справа в тому, що замість обсягу газу, якийзалежить від випадкового обставини — від того, яка обрана маса газу, — уформулу (3) входить щільність газу, що, також як і тиск,характеризує стан газу і зовсім не залежить від випадкового вибору йогомаси. </ p>

  • Молекулярне тлумачення закону Бойля — Маріотта.

У попередньому розділі ми з’ясували на підставі закону Бойля — Маріотта, щопри незмінній температурі тиск газу пропорційно його щільності.

Якщо щільність газу змінюється, то в стільки ж разів міняється і число молекулв 1 см3. Якщо газ не дуже стиснутий і рух газових молекул можна вважатиабсолютно незалежним один від одного, то число ударів за 1 сек на 1 см2стінки судини пропорційно числу молекул в 1 см3. Отже, якщосередня швидкість молекул не змінюється з плином часу (ми вже бачили, щов макросвіті це означає сталість температури), то тиск газу маєбути пропорційно числу молекул в 1 см3, тобто щільності газу. Такимчином, закон Бойля — Маріотта є прекрасним підтвердженням нашихуявлень про будову газу.

Проте, закон Бойля — Маріотта перестає виправдовуватися, якщо перейти довеликим тисків. І ця обставина може бути прояснити, як вважавще М. В. Ломоносов, на підставі молекулярних уявлень.

З одного боку, у сильно стиснутих газах розміри самих молекул єпорівнянними з відстанями між молекулами. Таким чином, вільнепростір, у якому рухаються молекули, менше, ніж повний обсяг газу.

Ця обставина збільшує число ударів молекул в стінку, так якзавдяки йому скорочується відстань, яка повинна пролетіти молекула,щоб досягти стінки.

З іншого боку в сильно стислому і, отже, більш щільному газімолекули помітно притягуються до інших молекул набагато більшу частинучасу, ніж молекули в розрідженому газі. Це, навпаки, зменшує числоударів молекул в стінку, тому що при наявності тяжіння до інших молекулмолекули газу рухаються у напрямку до стінки з меншою швидкістю, ніж привідсутності тяжіння. При не занадто великих тисках. істотнішимє друга обставина і твір PV трохи зменшується. Придуже високих тисках велику роль відіграє перша обставина ітвір PV збільшується.

5 стр., 2373 слов

Фізико-хімічні властивості газів

... тиском називають такий тиск, вище якого не можна випарити рідину при будь-якому підвищенні температури. 2. ТЕРМОДИНАМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ГАЗІВ Теплоємність системи, Дж/°К,— це відношення кількості теплоти Q, поглинутої газом ... що природний газ підлягає законам ідеального газу (табл. 1.01). інертних газів у газовій суміші ... газу до об’єму моля: Сума молекулярних мас атомів, що складають молекулу, ...

Отже, і сам закон Бойля — Маріотта і відступи від нього підтверджуютьмолекулярну теорію. </ p>

Зміна обсягу газу при зміні температури

Ми вивчали, як залежить тиск деякої маси газу від температури, якщообсяг залишається незмінним, і від обсягу, займаного газом, якщо температуразалишається незмінною. Тепер встановимо, як веде себе газ, якщо міняютьсяйого температура й обсяг, а тиск залишається постійним.

Розглянемо такий досвід. Торкнемося Долонею судини, що на рис., Вякому горизонтальний стовпчик ртуті замикає деяку масу повітря. Газв посудині нагріється, його тиск підвищиться, і ртутний стовпчик почнепереміщатися праворуч. Рух стовпчика припиниться, коли завдякизбільшення обсягу повітря в посудині тиск його стане рівним зовнішньому.

Таким чином, в кінцевому результаті цього досвіду об’єм повітря принагріванні збільшився, а тиск залишилося незмінним.

Якби ми знали, як змінилося в нашому досвіді температура повітря впосудині, і точно виміряли, як змінюється обсяг Газа, ми могли б вивчити цеявище з кількісної сторони. Очевидно, що для цього треба укластипосудина в оболонку, піклуючись про те, щоб усі частини приладу мали одну і туж температуру, точно виміряти обсяг замкнутою маси газу, потім змінитицю температуру і виміряти збільшення обсягу газу. </ p>

  • Закон Гей-Люссака.

Кількісне Дослідження залежності об’єму газу від температури принезмінному тиску було вироблено французьким фізиком і хіміком Гей-

Люсаком (1778-1850) в 1802 р.

Досліди показали, що збільшення обсягу газу пропорційно збільшеннютемператури. Тому теплове розширення газу можна, так само, як і дляінших тіл, охарактеризувати за допомогою коефіцієнта об’ємного розширення

?. Виявилося, що для газів цей закон дотримується набагато краще, ніж длятвердих і рідких тіл, так що коефіцієнт об’ємного розширення газів євеличина, практично постійна навіть при дуже значних підвищеннях

Температури, тоді як для рідких і твердих тіл це; сталістьдотримується лише приблизно.

Звідси знайдемо: </ p>

(4)

Досліди Гей-Люссака та інших виявили чудовий результат. Виявилося,що коефіцієнт об’ємного розширення у всіх газів однаковий (точніше, майжеоднаковий) і дорівнює (1/273) град-1 = = 0,00366 град-1. Таким чином, принагріванні при постійному тиску на1 ° обсяг деякої маси газузбільшується на 1/273 того обсягу, що ця маса газу займала при 0 ° С

(закон Гей-Люссака).

Як видно, коефіцієнт розширення газів збігається з їх термічнимкоефіцієнтом тиску.

Слід зазначити, що теплове розширення газів досить значно, так щообсяг газу V0 при 0 ° С помітно відрізняється від об’єму при інший, наприклад прикімнатної, температурі. Тому, як уже згадувалося, у випадку газів не можнабез помітної помилки замінити у формулі (4) обсяг V0 об’ємом V. УВідповідно до цього формулою розширення для газів зручно надати наступнийвид. За початковий обсяг приймемо обсяг V0 при температурі 0 ° С. У такому випадкузбільшення температури газу? дорівнює температурі, відраховані за шкалою

5 стр., 2378 слов

Електричний струм у газах — Фізика — и — Каталог ...

... газах конгломерати частинок можуть бути якими завгодно. Закон Ома для газів виконується тільки при малих напругах. Тоді, як і у випадку провідників, що підкоряються законові Ома, залежність сили струму ... застосовується як у техніці (запалення горючої суміші у двигунах внутрішнього ... іонізовані молекули, а групи молекул, що «прилипли» до негативного ... (≈3•106 В/м) у газі, тиск якого близький до ...

Цельсія t. Отже, коефіцієнт об’ємного розширення

звідки (5)

Так як

Те (6)

Формула (6) може служити для обчислення обсягу як при температурі више00C

, Так і при температурі нижче 0 ° С. У цьому останньому випадку I негативно.

Слід, однак, мати на увазі, що закон Гей-Люссака не виправдовується, колигаз сильно стиснутий або настількиохолоджений, що він наближається до стану зрідження. У цьому випадкукористуватися формулою (6) не можна. </ p>

Графіки, що виражають закони Шарля і Гей-Люссака

Будемо по осі абсцис відкладати температуру газу, що знаходиться впостійному обсязі, а по осі ординат — його тиск. Хай при 0 ° С тискгазу дорівнює 1 кг/см2. Користуючись законом Шарля, ми можемо обчислити йоготиск при 1000С, при 200 ° С, при 300 ° С і т. д. </ p>

0 ° 100 ° 200 ° 300 ° 400 ° 500 °

Тиск (в кг1см2) 1 1,37 1,73 2,10 2,47 2,83 </ p>

  • Завдано ці дані на графік. Ми отримаємо похилу пряму лінію. Ми можемопродовжити цей графік і у бік негативних температур. Однак, яквже було зазначено, закон Шарля застосовується лише до температур не дуженизьких. Тому продовження графіка до перетину з віссю абсцис, тобто доточки, де тиск дорівнює нулю, не буде відповідати поведінціреального газу. </ p>

Абсолютна температура

Легко бачити, що тиск газу, укладеного в постійний об’єм, неє прямо пропорційним температурі, відраховані за шкалою Цельсія.

Це ясно, наприклад, з таблиці, наведеної у попередньому розділі. Якщо при

100 ° С тиск газу дорівнює 1,37 кг1см2, то при 200 ° С вона дорівнює 1,73кг/см2. Температура, відраховані з термометру Цельсія, збільшилася вдвічі,а тиск газу, збільшилася лише в 1,26 рази. Нічого дивного,звичайно, в цьому немає, бо шкала термометра Цельсія встановлена умовно, безжодного зв’язку з законами розширення газу. Можна, проте, користуючись газовимизаконами, встановити таку шкалу температур, що тиск газу буде прямопропорційно температурі, яка вимірюється за цією новою шкалою. Нуль у ційнової шкалою називають абсолютним нулем. Ця назва прийнято тому, що,як було доведено англійським фізиком Кельвіна (Вільямом Томсоном)

(1824-1907), жодне тіло не може бути охолоджене нижче цієї температури.

Відповідно до цього і цю нову шкалу називають шкалою абсолютнихтемператур. Таким чином, абсолютний нуль вказує температуру, рівну

  • 273 ° за шкалою Цельсія, і являє собою температуру, нижче якої неможе бути ні за яких умов охолоджене ні одне тіло. Температура,що виражається цифрою 273 ° + t1 представляє собою абсолютну температуру тіла,що має за шкалою Цельсія температуру, равнуюt1. Зазвичай абсолютнітемператури позначають буквою Т. Таким чином, 2730 + t1 = T1. Шкалуабсолютних температур часто, називають шкалою Кельвіна і записують Т ° К. Напідставі сказаного </ p>

(7)

4 стр., 1837 слов

Розчинність газів у рідинах

... газу пропорційно корені квадратному з його тиску над рідкимМе. ЗаконСивертса. Залежністьрастворенного газу рідини від температури виражається через залежність константи Генрі від температури . Розчинність газів у звичайних рідинах ... властивостей розчинів у разі дисоціації розчинів речовини використовують – ступінь дисоціації, – число які утворилися при дисоціації молекул. Закон розподілу: тоді ...

Отриманий результат можна висловити словами: тиск даної маси газу,укладеної в постійний обсяг, прямо пропорційно абсолютнійтемпературі. Це — новий вираз закону Шарля.

Формулою (6) зручно користуватися і в тому випадку, коли тиск при 0 ° Сневідомо. </ p>

Обсяг газу і абсолютна температура

З формули (6), можна одержати наступну формулу: </ p>

(8)

  • Обсяг деякої маси газу при постійному тиску прямо пропорційнийабсолютній температурі. Це — новий вираз закону Гей-Люссака. </ P>
  • Залежність щільності газу від температури </ p>

Що відбувається з щільністю деякої маси газу, якщо температурапідвищується, а тиск залишається незмінним?

Згадаємо, що густина дорівнює масі тіла, діленої на обсяг. Оскільки масагазу постійна, то при нагріванні щільність газу зменшується ось стількиразів, у скільки збільшився об’єм.

Як ми знаємо, об’єм газу прямо пропорційний абсолютній температурі, якщотиск залишається постійним. Отже, щільність газу при незмінномутиск обернено пропорційна абсолютній температурі. Якщо d1 і d2 -щільності газу при температурах t1 і t2, то має місце співвідношення </ p>

  • (9) </ p>

Об’єднаний закон газового стану

Ми розглядали випадки, коли один з трьох величин, що характеризують стан газу ( тиск, температура і об’єм), не змінюється. Ми бачили, що якщо температура постійна, то тиск і обсяг пов’язані один з одним законом Бойля-Маріотта; якщо обсяг постійний, той тиск і температура пов’язані законом Шарля; якщо постійно тиск, то обсяг і температура пов’язані законом Гей-Люссака. Встановимо зв’язок між тиском, об’ємом і температурою деякої маси газу, якщо змінюються всі три ці величини.

Нехай початкові об’єм, тиск і абсолютна температура деякої маси газу рівні V1, P1 і Т1, кінцеві — V2, P2 і T2 — Можна уявити собі, що перехід від початкового до кінцевого станом відбувся в два етапи.

Нехай, наприклад, спочатку змінився обсяг газу від V1 до V2, причому температура Т1, залишилася без змін. Вийшло при цьому тиск газу позначимо Pср .. Потім змінилася температура від Т1 до T2 при постійному обсязі, причому тиск змінилося від Pср. до P. Складемо таблицю: </ p>

Закон Бойля — Маріотта

Р1V1t1

PcpV2T1

Закон Шарля

PcpV2T1

P2V2T2

Пимон, до першого переходу закон Бойля-Маріотта запишемо

або

Застосовуючи до другого переходу закон Шарля, можна написати

Перемноживши ці рівності почленно і скорочуючи на Pcp отримаємо: </ p>

(10)

Отже, твір обсягу деякої маси, газу на його тискпропорційно абсолютній температурі газу. Це і є об’єднаний законгазового стану або рівняння стану газу. </ p>

Закон Дальтона

До цих пір ми говорили про тиск якого-небудь одного газу — кисню,водню і т. п. Але в природі і в техніці ми дуже часто маємо справу зісумішшю декількох газів. Найважливіший приклад цього — повітря, що єсумішшю азоту, кисню, аргону, вуглекислого газу та інших газів. Від чогозалежить тиск суміші газів?

Помістимо в колбу шматок речовини, хімічно зв’язує кисень з повітря

(наприклад, фосфор), і швидко закриємо колбу пробкою з трубкою.приєднаної до ртутного манометру. Через деякий час весь кисеньповітря з’єднається з фосфором. Ми побачимо, що манометр покаже меншетиск, ніж до видалення кисню. Отже, присутність кисню вповітрі збільшує його тиск.

Точне дослідження тиску суміші газів було вперше виробленоанглійським хіміком Джон Дальтон (1766-1844) в 1809 р. Тиск, якиймав би кожен з газів, що складають суміш, якщо б видалити інші газиз обсягу, займаного сумішшю, називають парціальним тиском цього газу.

Дальтон знайшов, що тиск суміші газів дорівнює сумі парціальних тисків їх

(закон Дальтона).

Зауважимо, що до сильно стиснутим газам закон Дальтонанепридатний, так само як і закон Бойля — Маріотта.

Як тлумачити закон Дальтона з точки зору молекулярної теорії, скажутрохи далі. </ p>

Густині газів

Щільність газу є однією з найважливіших характеристик його властивостей.

Говорячи про щільність газу, зазвичай мають на увазі його щільність при нормальнихумовах (тобто при температурі 0 ° С і тиску 760 мм рт. ст.).

Крімтого, часто користуються відносною щільністю газу, під якоюмають на увазі відношення щільності даного газу до щільності повітря при тихже умовах. Легко бачити, що відносна щільність газу не залежить відумов, у яких він знаходиться, тому що згідно із законами газовогостану обсяги всіх газів змінюються при змінах тиску та температуриоднаково.

Густині деяких газів

Газ Густина при нормальних умовах у г/л або в кг/м3 Ставлення дощільності повітря Відношення до щільності водню Молекулярний абоатомний вага

Повітря 1,293

0,0899 1,25 1,43 1,977 0,179 1

0,0695 0,967 1.11 1,53 0,139 14,5

1 14 16 22 2 29 (середній)

Водень (Н2) 0,0899 0,0695 1 2

Азот (N2) 1,25 0,967 14 28

Кисень (О2) 1,43 1,11 16 32

Вуглекислий газ (СО2) 1,977 1,53 22 44

Гелій (Не) 0,179 0,139 2 4 </ p>

  • Визначення щільності газу можна здійснити так. Зваживши колбу з краномдвічі: один раз відкачавши з неї по можливості повністю повітря, іншийраз наповнивши колбу досліджуваним газом до тиску, який має бутивідомо. Розділивши різниця ваг на обсяг колби, який треба визначитипопередньо, знайдемо щільність газу за даних умов. Потім, користуючисьрівнянням стану газів, легко знайдемо щільність газу при нормальнихумовах dн. Справді, покладемо у формулі (10) Р2 = Рн, V2 = Vн, Т2 = Тн і,помноживши чисельник і знаменникформули на масу газу m, отримаємо: </ p>
  • Звідси, беручи до уваги, (m/v1) = d1, і (m/v) = dн знаходимо: </ p>
  • Результати вимірювань щільності деяких газів наведені у таблиці вище.

Останні дві колонки вказують на пропорційність між щільністю газуі його молекулярною вагою (у випадку гелію — атомною вагою).

</ p>

Закон Авогадро

Порівнюючи числа передостаннього стовпця таблиці з молекулярними вагамирозглянутих газів, легко помітити, що щільності газів при однаковихумовах пропорційні їх молекулярною ваг. З цього факту випливаєдосить істотний висновок. Так як молекулярні ваги ставляться як масимолекул, тоd1/d2 = m1/m2, де d — щільність газів, а m — маси їх молекул.маси їх молекул. З іншого боку, маси газів М1 і М2, укладених уоднакових обсягах V, ставляться як щільності їх: </ p>

  • (11)позначивши числа молекул першого і другого газів, укладених в об’ємі V,літерами N1 і N2, можемо написати, що загальна маса газу дорівнює масі однієї йогомолекули, помноженої на кількість молекул: М1 = т1N1 і М2 = т2N2 тому </ p>
  • Порівнюючи цей результат з формулою d1/d2 = m1/m2, знайдемо,що N1 = N2. Отже, при однакових, тиску і температурі рівні об’ємирізних газів містять однакові числа молекул.

Цей закон був відкритий італійським хіміком Амедео Авогадро (1776-1856) напідставі хімічних досліджень. Він відноситься до газів, стисненим не дужесильно (наприклад, до газів під атмосферним тиском).

У випадку сильностиснутих газів вважати його справедливим не можна.

Закон Авогадро означає, що тиск газу при певній температурізалежить тільки від кількості молекул в одиниці об’єму газу, але не залежить відтого, які це молекули важкі чи легкі. Усвідомивши це, легко зрозуміти сутьзакону Дальтона. Відповідно до закону Бойля — Маріотта, якщо ми збільшуємощільність газу, тобто додаємо в певний обсяг деяке числомолекул цього газу, ми збільшуємо тиск газу. Але згідно закону

Авогадро, таке ж підвищення тиску повинно бути отримано, якщо ми замістьдодати молекул перший газу додамо таке ж число молекул іншогогазу. Саме в цьому і полягає закон Дальтона, який стверджує, що можназбільшити тиск газу, додаючи в той же об’єм молекули іншого газу, іякщо кількість доданих молекул те ж, що і в першому випадку, то вийдете ж саме збільшення тиску. Ясно, що закон Дальтона є прямимнаслідком закону Авогадро. </ p>

  • Грам-молекула. Число Авогадро.

Число, що дає відношення мас двох молекул, вказує в той же час івідношення мас двох порцій речовини, що містять однакові числа молекул.

Тому 2 г водню (молекулярна вага На дорівнює 2), 32 г кисню

(молекулярна вага Од дорівнює 32) і 55,8 г заліза (його молекулярна вагазбігається з атомним, що дорівнює 55,8) і т. д. містять одне й те саме числомолекул.

Кількість речовини, що містить число грамів, рівне його молекулярному вазі, називається грам-молекулою або молем.

Зі сказаного випливає, що молі різних речовин містять одне й те саме число молекул. Тому часто виявляється зручним користуватися молем як особливої одиницею, що містить різне число грамів для різних речовин, але однакова кількість молекул.

Число молекул в одному молі речовини, що одержало назву числа Авогадро, є важливою фізичної величиною. Для визначення числа Авогадро були зроблені численні і різноманітні дослідження. Вони відносяться до броунівському русі, до явищ електролізу і ряду Інших. Ці дослідження привели до досить згодним результатами. В даний час приймають, що число Авогадро одно </ p>

  • N = 6,02 * 1023 моль-1.

Отже, 2 г водню, 32 г кисню і т. д. містять по 6,02 * 1023 молекул.

Щоб уявити собі величезність цього числа, уявімо пустелю площею в 1 мільйон квадратних кілометрів, покриту шаром піску товщиною 600 м.

Тоді, якщо на кожну піщинку доводиться обсяг 1 мм 3, то загальне число піщинок в пустелі буде дорівнює числу Авогадро.

Із закону Авогадро випливає, що молі різних газів мають при однакових умовах однакові обсяги. Обсяг одного благаючи при нормальних умовах можна вирахувати, розділивши молекулярна вага якого-небудь газу на його щільність при нормальних умовах.

Таким чином, обсяг благаючи будь-якого газу при нормальних умовах дорівнює 22400 см3. </ P>

Швидкості молекул газу

Які швидкості, з якими рухаються молекули, зокрема молекули газів?

Це питання природно виникла відразу ж, як були розвинуті уявлення промолекулах. Довгий час швидкості молекул вдавалося оцінити тількинепрямими розрахунками, і лише порівняно недавно були розроблені способипрямого визначення швидкостей газових молекул. Перш за все уточнимо, щотреба розуміти під швидкістю молекул. Нагадаємо, що внаслідок невпинних </ p>

— зіткнень швидкість кожної окремої молекули весь час змінюється:молекула рухається то швидко, то повільно, і протягом деякого часушвидкість молекули приймає безліч самих різних значень. З іншогобоку, в якийсь певний момент у величезному числі молекул,складових розглянутий обсяг газу, є молекули з самимирізними швидкостями. Очевидно, для характеристики стану газу требаговорити про деяку середньої швидкості. Можна вважати, що це є середнявеличина швидкості однієї з молекул за досить тривалий проміжокчасу або що це є середня величина швидкостей всіх молекул газу вданому обсязі у будь-який момент часу.

Зупинимося на Розмірковуючи