Давление

Из опыта известно, что жидкость или газ, находящийся в сосуде, оказывает воздействие на стенки сосуда. Причём сила испытываемая стенкой сосуда со стороны газа или жидкости тем больше, чем больше площадь её поверхности. Чтобы не пользоваться величиной, зависящей от такого случайного фактора, как размер стенки, принято характеризовать действие газа или жидкости на стенку не силой, а давлением P, которые определятся отношением силы, действующей на стенку перпендикулярно к её поверхности к величине её площади

.

Свойство газа оказывать давление на стенки содержащего его сосуда – одно из основных свойств газа, поэтому величина давления является одной из главных характеристик газа.

В системе СИ давление единицей измерения давления является 1 Паскаль (Па), причём Па=Н/м². В системе СГС [P]=Дин/см²=бар.

§2. Уравнение состояния идеального газа

Опыт показывает, что в состоянии термодинамического равновесия термодинамические параметры объём V, давление P и температура T не являются независимыми. Каждая из них является функцией двух других. Уравнение, связывающее все три величины – давление, объём и температуру вещества, для данной его массы называется уравнением состояния и может быть записано в виде

(V,T,P)=0 (1.1)

Уравнение состояния принадлежит к числу важнейших характеристик макроскопических свойств однородных тел. Уравнение состояния нельзя ввести теоретически из общих принципов термодинамики, его можно получить, используя аппарат статистической физики или же результаты экспериментов. Если известно уравнение состояния, то с помощью аппарата термодинамики можно определить все интересующие свойства вещества. К сожалению, известно точное уравнение состояния только для так называемого идеального газа, которое определятся уравнением Менделеева - Клайперона и имеет следующий вид:

, (1.2)

где R- универсальная газовая постоянная, причём R=8,314 . Для термодинамического описания реальных систем применяются эмпирические уравнения состояния с двумя и более подгоночными параметрами.

Уравнение состояния (1.2), записанное для данной массы m идеального газа, можно переписать для случая количества частиц N. Для этого в формулу (1.2) вместо массы газа, поставим её значение m=m_oN, где m_o – масса одной частицы, молярную массу  заменим на =m_oN_A, тогда получим:

(1.3)

Воспользуясь тем, что R/N_A=k_Б, где k_Б коэффициент Больцмана

(k_Б =1.3810^-23Дж/К), имеем

(1.4)

§3. Законы идеальных газов

Процессы, происходящие в системах при постоянном значении одного из трёх параметров P,V,T называются изопроцессами.

Изотермический процесс

Процессы, происходящие при постоянной температуре, называются изотермическими. Если в уравнении (1.2) положить T=const, то видно, что вся правая часть уравнения оказываемся постоянной величиной, т.е.

PV=const (1.5)

Это формула, которая называется уравнением изотермы, представляет собой закон Бойля – Мариотта. Согласно этому закону при постоянной температуре изменение давления и объёма происходят так, что произведение давления на объём остаётся величиной постоянной. Уравнение (1.5) выполняется, если масса газа при этом процессе остаётся постоянной.

Свойство любого тела изменять свой объём при изменении давления называется сжимаемостью. Если изменение объёма происходит, так что температура остаётся постоянной, то сжимаемость характеризуется изотермическим коэффициентом сжимаемости , который определяется следующим образом

 . (1.6)

Знак минус связан, тем, что <0, а коэффициент принято считать положительным.