Idealni plin i njegova definicija

Znanost o fizici ima značajnu ulogu u proučavanju okolnog svijeta. Stoga, njegovi koncepti i zakoni počinju prolaziti u školi. Svojstva tvari mjere se u različitim aspektima. Ako uzmemo u obzir njegovo agregacijsko stanje, postoji posebna tehnika. Idealni plin je fizički koncept koji vam omogućuje da procijenite svojstva i karakteristike materijala koji čini naš cijeli svijet.

Opća definicija

Idealni plin je model u kojem se interakcija između molekula obično zanemaruje. Proces interakcije čestica bilo koje tvari međusobno je prilično kompliciran. Kada se uzdignu blizu jedno drugome i nalaze se na vrlo maloj udaljenosti, međusobno su snažno povezani. Ali na velikoj udaljenosti između molekula postoje relativno male privlačne sile. Ako je prosječna udaljenost na kojoj su jedna od druge velika, taj se položaj tvari naziva razrijeđenim plinom. Interakcija takvih čestica očituje se kao rijetki utjecaji molekula. To se događa samo onda kada se podignu blizu jedno drugome. U idealnom plinu, interakcija molekula uopće se ne uzima u obzir. U idealnom plinu broj molekula je vrlo velik. Prema tome, izračuni se događaju samo uz pomoć statističke metode. Štoviše, treba napomenuti da su čestice tvari u ovom slučaju ravnomjerno raspoređene u prostoru. To je najčešće stanje idealnog plina.

Kada se plin može smatrati idealnim

Postoji nekoliko čimbenika zbog kojih se plin naziva idealnim. Prvi znak je ponašanje molekula kao apsolutno elastičnih tijela, između njih nema privlačne sile. U isto vrijeme plin će biti vrlo ispušten. Udaljenost između najmanjih sastojaka tvari bit će mnogo veća od njihove veličine. U ovom slučaju, toplinska ravnoteža će se postići odmah kroz volumen. Da bi se postigao položaj idealnog plina u laboratorijskim uvjetima, njegov pravi tip se u skladu s tim razrjeđuje. Neke tvari su u plinovitom stanju čak i na sobnoj temperaturi i normalan atmosferski tlak praktički se ne razlikuju od idealnog stanja.

Granice modela

Idealni plin se razmatra ovisno o zadacima. Ako je istraživač zadužen za određivanje odnosa između temperature, volumena i tlaka, tada se idealno stanje može smatrati takvim da plin ima visoku točnost pritisaka izmjerenih s nekoliko desetaka atmosfera. Ali u slučaju proučavanja faznog prijelaza, primjerice isparavanja i kondenzacije, procesa postizanja ravnoteže u plinu, dotični model se ne može primijeniti ni uz vrlo mali tlak. Tlak plina na zidu cijevi javlja se pri slučajnom naprezanju molekula na staklu. Kada su takvi udarci česti, ljudsko tijelo može uhvatiti te promjene kao kontinuirani učinak.

Idealna plinska jednadžba

Na temelju glavnih principa molekularno-kinetičke teorije izvedena je glavna jednadžba idealnog plina. Rad idealnog plina ima sljedeći izraz: p = 1/3 m ₀ nv ² , gdje je p tlak plina ideala, m0 je molekularna težina, v ² prosječna koncentracija čestica, kvadrat brzine molekula. Ako označimo prosječni indeks kinetičkog gibanja čestica materije, Ek = m ₀ n / ₂ , tada će jednadžba imati sljedeći oblik: p = 2/3 nEk. Plinove molekule, koje udaraju u stijenke posude, međusobno djeluju kao elastična tijela prema zakonima mehanike. Impuls takvih udaraca prenosi se na zidove posude.

temperatura

Izračunavajući samo tlak plina na stijenkama posude nemoguće je odrediti prosjek kinetička energija njegove čestice.

A to se ne može učiniti ni za jednu molekulu niti za njihovu koncentraciju. Stoga je za mjerenje parametara plina potrebno odrediti još jednu količinu. To je temperatura, koja je također povezana s kinetičkom energijom molekula. Ovaj pokazatelj je skalarna fizička veličina. Temperatura opisuje termodinamičku ravnotežu. U tom stanju nema promjene parametara na mikro razini. Temperatura se mjeri kao odstupanje od nule. Karakterizira zasićenje kaotičnog gibanja najmanjih čestica plina. Mjeri se prosječnom vrijednošću njihove kinetičke energije. Ovaj se pokazatelj određuje pomoću termometara u stupnjevima različitih oznaka. Postoji termodinamička apsolutna skala (Kelvin) i njezine empirijske varijante. Razlikuju se po početnim točkama.

Jednadžba položaja idealnog plina s obzirom na temperaturu

Fizičar Boltzmann tvrdi da je prosječna kinetička energija čestice proporcionalna indeksu apsolutne temperature. Ek = 3/2 kT, gdje je k = 1,38 -23 10-23, T je temperatura. Rad idealnog plina bit će jednak: P = NkT / V, gdje je N broj molekula, V je volumen posude. Ako ovom pokazatelju dodamo koncentraciju n = N / V, gornja formula će izgledati ovako: p = nkT. Ove dvije jednadžbe imaju različite oblike pisanja, ali povezuju tlak, volumen i temperaturu idealnog plina. Ovi proračuni mogu se primijeniti i na čiste plinove i njihove smjese. U potonjoj verziji, n se mora shvatiti kao ukupan broj molekula tvari, njihovu ukupnu koncentraciju ili ukupan broj molova u tvari.

Tri zakona o plinu

Idealni plin i njegovi pojedini zakoni otkriveni su eksperimentalno i tek tada su teoretski potvrđeni. Prvo privatno pravo navodi da će idealan plin s konstantnom masom i temperaturom imati obrnuto proporcionalni tlak njegovog volumena. Postupak u kojem je indikator temperature konstantan naziva se izotermalna. Ako je tlak u studiji konstantan, tada je volumen proporcionalan vrijednosti apsolutne temperature. Ovaj zakon se zove Gay-Lussac. Izohorični proces odvija se na konstantnom volumenu. Tlak će biti proporcionalan apsolutnoj temperaturi. Njegovo ime je Charlesov zakon. To su tri posebna zakona ponašanja idealnog plina. Oni su mogli potvrditi samo ovladavanjem znanjem o molekulama.

Apsolutna mjerna ljestvica

U apsolutnoj ljestvici mjerenja, prihvaćen je poziv jedinice Kelvin. Odabire se na temelju popularne Celzijeve ljestvice. Jedan kelvin odgovara jednom stupnju Celzija. Ali u apsolutnoj skali, nula se uzima kao vrijednost pri kojoj će tlak idealnog plina pri konstantnom volumenu biti jednak nuli.

Ovo je zajednički sustav. Ta se temperatura naziva apsolutna nula. Odgovarajućim izračunima možete dobiti odgovor da će vrijednost ovog pokazatelja biti -273 stupnja Celzija. To potvrđuje da postoji veza između apsolutne i Celzijeve ljestvice. Može se izraziti sljedećom jednadžbom: T = t + 237. Treba napomenuti da je nemoguće postići apsolutnu nulu. Bilo koji proces hlađenja temelji se na isparavanju molekula s površine tvari. Približava se apsolutnoj nuli, kretanje naprijed čestice usporavaju toliko da isparavanje gotovo potpuno prestane. Ali čisto iz teorijskog stajališta, ako bi doista došlo do točke apsolutne nule, brzina kretanja molekula bi se toliko smanjila da bi se uopće mogla nazvati odsutnom. Toplinsko kretanje molekula bi prestalo.

Proučavajući takav koncept kao idealan plin, možemo razumjeti princip djelovanja bilo koje tvari. Širenjem znanja u ovom području, mogu se razumjeti svojstva i ponašanje bilo koje plinovite tvari.