Gás perfeito. Equação de estado de um gás ideal. Isoprocessos.

O gás ideal, a equação de estado de um gás ideal, sua temperatura e pressão, volume … uma lista de parâmetros e definições que operam na seção correspondente da física pode ser continuada por um longo período de tempo. Hoje falamos sobre este assunto.

O que é considerado na física molecular?

O principal objeto que é considerado nesta seção é o gás ideal. A equação de estado de um gás ideal foi obtida tendo em conta as condições ambientais normais, e vamos falar sobre isso um pouco mais tarde. Agora vamos abordar este "problema" de longe.

Digamos que temos uma massa de gás. Seu estado pode ser determinado usando três parâmetros termodinâmicos. Isto, claro, pressão, volume e temperatura. A equação de estado do sistema neste caso é a fórmula de relação entre os parâmetros correspondentes. Parece isto: F (p, V, T) = 0.

Aqui, pela primeira vez, abordamos lentamente a aparência de um conceito como um gás ideal. É um gás no qual as interações entre moléculas são insignificantes. Em geral, isso não existe na natureza. No entanto, qualquer gás altamente rarefeito está perto disso. Do ideal, há pouca diferença entre nitrogênio, oxigênio e ar, que estão em condições normais. Para anotar a equação de estado de um gás ideal, podemos usar a lei de gás combinada. Nós obtemos: pV / T = const.

Noção relacionada número 1: lei de Avogadro

Ele pode nos dizer que se tomarmos o mesmo número de topos de absolutamente qualquer gás aleatório e colocá-los nas mesmas condições, entre os quais a temperatura e a pressão, então os gases ocuparão o mesmo volume. Em particular, o experimento foi conduzido em condições normais. Isso significa que a temperatura foi de 273,15 Kelvin, pressão – uma atmosfera (760 milímetros de mercúrio ou 101325 Pascal). Com esses parâmetros, o gás ocupou um volume igual a 22,4 litros. Consequentemente, podemos dizer que, para uma mole de qualquer gás, a proporção dos parâmetros numéricos será constante. É por isso que foi decidido dar a esta figura uma designação com a letra R e chamá-la de uma constante de gás universal. Assim, é igual a 8.31. Dimensão J / mol * K.

Gás perfeito. A equação de estado de um gás ideal e sua manipulação

Vamos tentar reescrever a fórmula. Para fazer isso, escreva-o desta forma: pV = RT. Além disso, realizamos uma ação simples, multiplicamos ambos os lados da equação por um número arbitrário de topos. Obtemos pVu = uRT. Vamos levar em conta o fato de que o produto do volume molar pela quantidade de matéria é simplesmente o volume. Mas o número de moles ao mesmo tempo será igual à massa privada e massa molar. É assim que a equação de Mendeleev-Clapeyron parece. Dá uma idéia clara de qual sistema constitui o gás ideal. A equação de estado de um gás ideal assume a forma: pV = mRT / M.

Derivamos a fórmula para a pressão

Vamos fazer mais manipulações com as expressões. Para isso, multiplicamos o lado direito da equação de Mendeleev-Clapeyron e dividimos pelo número da Avogadro. Agora estamos olhando atentamente o produto da quantidade de assunto no número da Avogadro. Isso não é mais do que o número total de moléculas no gás. Mas, ao mesmo tempo, a proporção da constante de gás universal para o número da Avogadro será igual à constante de Boltzmann. Consequentemente, as fórmulas de pressão podem ser escritas da seguinte maneira: p = NkT / V ou p = nkT. Aqui, a notação n é a concentração de partículas.

Processos de gás ideais

Na física molecular, existe algo como isoprocessos. Estes são os processos termodinâmicos que ocorrem no sistema com um dos parâmetros constantes. Neste caso, a massa da substância também deve permanecer constante. Vamos ver mais especificamente. Então, as leis de um gás ideal.

A pressão permanece constante

Esta é a lei de Gay-Lussac. Parece assim: V / T = const. Também pode ser reescrito de outra maneira: V = Vo (1 + at). Aqui, é igual a 1 / 273.15 K ^ -1 e é chamado de "coeficiente de expansão volumétrica". Podemos substituir a temperatura tanto para a escala Celsius como para a escala Kelvin. No último caso, obtemos a fórmula V = Voat.

O volume permanece constante

Esta é a segunda lei de Gay-Lussac, mais frequentemente chamada de lei de Charles. Parece assim: p / T = const. Existe outra formulação: p = po (1 + at). As transformações podem ser realizadas de acordo com o exemplo anterior. Como pode ser visto, as leis de um gás ideal às vezes são bastante semelhantes entre si.

A temperatura permanece constante

Se a temperatura de um gás ideal permanece constante, podemos obter a lei Boyle-Mariotte. Pode ser escrito desta forma: pV = const.

Noção associada nº 2: pressão parcial

Suponhamos que possamos uma embarcação com gases. Será uma mistura. O sistema está em estado de equilíbrio térmico, e os próprios gases não reagem uns com os outros. Aqui, N indicará o número total de moléculas. N1, N2 e assim por diante, respectivamente, o número de moléculas em cada um dos componentes da mistura disponível. Tomamos a fórmula de pressão p = nkT = NkT / V. Pode ser aberto para um caso específico. Para uma mistura de dois componentes, a fórmula assume a forma: p = (N1 + N2) kT / V. Mas então, verifica-se que a pressão total será resumida das pressões parciais de cada mistura. Então, terá a forma p1 + p2 e assim por diante. Isso será pressões parciais.

Para que serve?

A fórmula obtida por nós indica que a pressão no sistema está no lado de cada grupo de moléculas. Por sinal, não depende dos outros. Isso foi usado por Dalton na formulação de uma lei, que recebeu o nome dele em sua homenagem: em uma mistura onde os gases não reagem quimicamente uns com os outros, a pressão total será igual à soma das pressões parciais.