Изобарический процесс

П усть теперь газ находиться в условиях, когда постоянным сохраняется его давление. Такие условия можно осуществить, если поместить газ в цилиндр, закрытый подвижным поршнем (рис.1). В таком цилиндре всякое изменение давления вызывает движение поршня и изменение объёма газа, так что давление остаётся постоянным. Перепишем уравнение (1.2) следующим образом:

. (1.7)

При постоянном давлении и массе газа правая часть уравнения (1.7) является постоянной величиной, т.е.

.

Это уравнение называется уравнением изобары и выражает известный закон Шарля. Для описания изобарических процессов вводится коэффициент объёмного расширения газа , который определяется следующим образом:

.

Изохорический процесс

Процесс, происходящий в газе при постоянном объёме, называют изохорическим процессом. Для получения уравнения изохорического процесса представим выражение (1.2) в виде

. (1.8)

При постоянном объёме и массе газа из (1.8) следует, что отношение P/T остаётся постоянным:

.

Это выражение закона Гей – Люсака.

Закон Авогадро

Пусть имеем два одинаковых объёма двух различных газов при одинаковых давлениях и температурах. Для каждого из них можно записать уравнение состояния в форме (1.4)

,

где N₁ и N₂ – число молекул в каждом из объёмов. Из этих двух равенств следует N₁= N₂. Это есть и закон Авогадро, который формулируется следующим образом: при одинаковых давлениях и температурах в равных объёмах любого газа содержится одинаковое число различных молекул.

Из этого закона следует, что и наоборот, различные газы, содержащие одинаковое число молекул, будут при одинаковых давлениях и температурах занимать одинаковые объёмы. Поэтому грамм-молекула любого газа при данном давлении и температуре занимает одинаковый объём. В частности, при 0^о С и при давлении в 1 атм 1 моль любого газа будет занимать объём

Легко вычислить и число n₀ молекул газа в объеме 1см³ при этих, так называемых, нормальных условиях

n_o= .

Это число называется числом Лошмидта.

Закон Дальтона

Пусть в сосуде с объёмом V находится в термическом равновесии смеси различных химически не реагирующих друг с другом газов. Для такой смеси уравнение состояния имеет вид , где N₁, N₂, N₃,… - числа молекул соответствующих компонентов смеси. Очевидно, что N₁ + N₂ + N₃ + … = N, где N – общее число молекул в сосуде. Давление смеси газов равно:

Это выражение показывает, что каждая группа молекул оказывает давление, не зависящее от того, какое давление оказывают другие молекулы. Это обусловлено тем, что в идеальном газе между молекулами нет взаимодействия, молекулы «не знают» о существовании других молекул.

Выражения называют парциальными давлениями. Парциальным давлением какого-либо газа – компонента газовой смеси называется давление, которое оказывал бы этот газ, если бы он занимал весь объём занимаемый смесью. Таким образом

,

т. е. давление смеси газов равно сумме парциальных давлений её компонент. Это есть содержание закона Дальтона.

В конце отметим, что с точки зрения термодинамики, газ, подчиняющийся всем перечисленным выше законам, называется идеальным газом. Реальный газ по своим свойствам близок к идеальному газу при высоких температурах и низких давлениях.