Практическая работа №1

Тема :Определение параметров состояния идеального газа с использованием законов для данного газа.

Цель работы

учебная:

получить практические навыки по определению термодинамических параметров состояния идеального газа , научиться применять уравнения Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля, Меделеева-Клайперона, закон Авогадро при решении задач.

воспитательная:

побудить к познавательной , творческой деятельности , привить навыки самостоятельного изучения дополнительной и справочной литературы по данной теме.

Краткие теоретические сведения

Идеальный газ- это воображаемый газ, в котором отсутствуют силы взаимодействия между молекулами , а сами молекулы, имеющие массу , рассматриваются как материальные точки , не имеющие объема.

Реальные газы – это газы и их смеси ( О₂, Н₂,СО₂, NH₃, N₂ , перегретый водяной пар, атмосферный воздух и др) которые состоят из атомов и молекул , находящихся в непрерывном хаотическом движении. Молекулы этих газов обладают массой и собственным объемом, между ними существуют силы межмолекулярного взаимодействия.

Закон бойля- мариотта

в 1661 г. Р.Бойль , а в 1676 г. Мариотт независимо друг от друга установили опытным путем зависимость удельного объема идеального газа от его давления при постоянной температуре:

При постоянной температуре удельные объемы газа обратно пропорциональны его давлениям.

₂ /₁ = р₁ /р₂ ( при Т =соnst )

где индексы 1 и 2 относятся к начальному и конечному состояниям газа в процессе его

расширения или сжатия р₁ ₁ = р₂ ₂

или р  = соnst ( при Т =соnst )

При постоянной температуре произведение абсолютного давления на удельный объем данного газа есть величина постоянная

Закон гей-люссака

в 1802 г. Ж. Гей-Люссака , установил зависимость удельного объема идеального газа от его температуры при постоянном давлении.

При постоянном давлении удельные объемы идеального газа прямо пропорциональны его

абсолютным температурам.

₂ /₁ = Т₂/ Т₁ ( при р= соnst )

₂ /Т₂ = ₁/ Т₁ (при р= соnst )

 /Т = соnst

ЗАКОН ШАРЛЯ

в 1787 г. Ж. Шарль установил зависимость давления идеального газа от его температуры при постоянном удельном объеме .

При постоянном удельном объеме абсолютное давления идеального газа прямо пропорциональны его абсолютным температурам:

р₂ / р₁ = Т₂ / Т₁ ( при = соnst )

р₂ / Т₂ = р₁ / Т₁ ( при = соnst )

р / Т = соnst

Закон авогадро

В 1811 году итальянский ученый А. Авогадро открыл важный для физики и химии закон:

в равных объемах любых идеальных газов при одинаковом давлении и температуре содержится одно и то же количество вещества.

В Международной системе Си за единицу количества вещества принимается – моль.

Моль – это количество вещества , содержащее столько молекул , сколько атомов углерода находится в 12 г изотопа углерода –12 (¹²С )

В моле любого идеального газа содержится одинаковое число молекул. Установлено , что в 12 г

углерода содержится 6 х 10²³ атомов.

число N_А = 6,022 х 10 ²³ моль ^–1 названо числом Авогадро

Молярной массой М вещества называется величина, равная отношению массы вещества к его количеству, т.е. М= m / n г/моль

где n – количество вещества

Относительная молекулярная масса М_r вещества – это число , показывающее , во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1/12 массы атома углерода-12 . Численные значения молярной массы вещества и относительной молекулярной массы совпадают.

Если молярная масса аммиака М= 17 г/моль , то его относительная молекулярная масса М_r=17(безразмерная величина)

Молярный объем Vm - это величина, равная отношению объема V вещества к его количеству n , т.е Vm = V / n м³/моль

Vm = 22,4136 м³/моль при нормальных физических условиях ( р=760 мм рт. ст. и Т=273 К)

молярные объемы любых идеальных газов, взятых при одинаковых давлении и температуре равны

уравнение р  = R Т называется удельным уравнением состояния ( уравнение Клайперона )

Для любого состояния идеального газа отношение произведения абсолютного давления наудельный объем к абсолютной температуре – величина постоянная:

Эта постоянная величина зависит от природы газа, но не зависит от его состояния , т.е. она

является физической константой вещества и называется газовой постоянной.

R = Н/м²  м³/кг  /  К  =  Н м /  кг К  = Дж / кг К 

Для произвольной массы вещества - m (кг)

р V = m R T

где V- объем , м³ . занимаемый газом массой - m ,кг

Для 1 кмоля газа

р V_m= М R T

где V_m - объем 1 кмоля газа в м³/кмоль

Полученное выражение называется уравнением Менделеева.

Численное значение универсальной газовой постоянной легко получить из уравнения

р V_m = M R T при подстановке значений входящих в него величин при нормальных условиях:

M R = р V_m / Т = 101325 х 22,4236 / 273,16 = 8314 Дж / (кмоль К)

где M - масса 1 кмоля газа в кг ( численно равная молекулярной массе газа)

р V_m= 8314 T

с учетом того , что n V_m = V , получим

р V = 8314 n Т

где п – число Авогадро