Идеальный газ. Параметры состояния газа
Основные понятия идеального газа
- размеры молекул газа пренебрежимо малы по сравнению с размерами сосуда;
- между молекулами отсутствуют силы взаимодействия;
- столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие.
Реальные газы хорошо описываются моделью идеального газа при достаточно больших разрежениях, т.е. когда среднее расстояние между молекулами газа во много раз больше размеров самих молекул. В этом случае силами притяжения между молекулами можно пренебречь, а силы отталкивания проявляются только при столкновениях молекул друг с другом в течение очень коротких промежутков времени. например, водород, кислород при нормальных условиях хорошо описываются моделью идеального газа.
Под нормальными условиями понимают состояние газа при температуре T=273 K и давлении p=101325 Па.
Состояние газов, удовлетворяющих модели идеального газа, описывается более простыми уравнениями, чем в случае реальных газов, в уравнениях для которых возникают многочисленные поправки, учитывающие взаимодействие между молекулами и их суммарный собственный объем. По сути, в модели идеального газа молекулы представляются в виде маленьких упругих шариков, которые, не задевая друг друга, летают по всему предоставленному объему и, изменяя свой импульс при ударах о стенки, оказывают на них давление.
Параметры состояния газа. Макро- и микропараметры
Состояние любой термодинамической системы описывается ее макро- и микропараметрами.
Основными макропараметрами или параметрами состояния идеального газа являются давление, температура и объем.
Давление характеризует силу ударов молекул газа о стенки сосуда. Температура является мерой кинетической энергии поступательного движения молекул газа. Объем – это область пространства, занимаемая газом.
К микропараметрам относятся масса молекулы, ее скорость, импульс, кинетическая энергия.
Состояние термодинамической системы, когда все ее параметры при неизменных внешних условиях не изменяются со временем, называютравновесным.
Примеры решения задач
| Задание | Учитель записал на доске три утверждения, относящиеся к молекулам:
1) размерами молекул можно пренебречь; 2) молекулы при столкновениях взаимодействуют как упругие шары; 3) при любом расстоянии между молекулами между ними действуют силы притяжения. Какие из этих утверждений можно соотнести с моделью идеального газа? а) все три утверждения; б) только первое утверждение; в) первое и второе утверждения; г) первое и третье утверждения. |
| Ответ | В модели идеального газа предполагается, что размеры молекул пренебрежимо малы по сравнению с размерами сосуда, частицы взаимодействуют друг с другом только посредством упругих столкновений, сил притяжения между частицами не возникает. Поэтому модели идеального газа соответствуют первое и второе утверждение. Правильным ответом является ответ в). |
| Задание | Какие положения противоречат модели идеального газа?
а) молекулы сталкиваются как упругие шарики; б) размеры молекул пренебрежимо малы; в) молекулы взаимодействуют с силами притяжения и отталкивания; г) молекулы сталкиваются со стенками абсолютно упругими ударами. |
| Ответ | Модели идеального газа противоречит утверждение о том, что молекулы взаимодействуют с силами притяжения и отталкивания. Согласно модели между молекулами идеального газа отсутствуют силы взаимодействия. Правильным является ответ в). |
| Задание | В каких случаях нельзя использовать модель идеального газа?
а) при температурах, близких к абсолютному нулю; б) при высоких давлениях.
|
| Ответ | Чем выше давление, тем сильнее сказывается наличие у молекул газа собственного объема, не позволяющего считать молекулы точками. При низких температурах на поведении газов сказывается взаимное притяжение молекул, не позволяющее им вести себя как абсолютно упругие шары. Поэтому при температурах, близких к абсолютному нулю, и при высоких давлениях модель идеального газа неприменима. Правильный ответ 3). |
