Законы идеального газа

В молекулярно-кинетической теории используется модель идеального газа, в которой считают:

1) собственный объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда;

2) между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия;

3) столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие.

Реальные газы при низких давлениях и высоких температурах близки по своим свойствам к идеальному газу.

Рассмотрим эмпирические законы, описывающие поведение идеальных газов.

1. Закон Бойля – Мариотта: для данной массы газа при постоянной температуре произведение давления газа на его объем есть величина постоянная:

Процесс, протекающий при постоянной температуре, называется изотермическим. Кривая, изображающая зависимость между величинами , характеризующими свойства вещества при постоянной температуре, называется изотермой. Изотермы представляют собой гиперболы, расположенные тем выше, чем выше температура, при которой происходит процесс (рис. 1).

2. Закон Гей-Люссака: объем данной массы газа при постоянном давлении изменяется с температурой линейно:

. (1)

Здесь - температура по шкале Цельсия, - объем газа при 0 ⁰С,
- температурный коэффициент объемного расширения газа.

Процесс, протекающий при постоянном давлении и неизменной массе газа, называется изобарным. В ходе изобарного процесса для газа данной массы отношение объема к термодинамической температуре постоянно:

.

На диаграмме в координатах этот процесс изображается прямой, называемой изобарой (рис. 2).

3. Закон Шарля: давление данной массы газа при постоянном объеме изменяется линейно с температурой:

. (2)

Здесь - температура по шкале Цельсия, - давление газа при 0 ⁰С, - температурный коэффициент давления газа.

Процесс, протекающий при постоянном объеме и неизменной массе газа, называется изохорным. В ходе изохорного процесса для газа данной массы отношение давления к термодинамической температуре постоянно:

.

На диаграмме в координатах этот процесс изображается прямой, называемой изохорой (рис. 3).

Вводя в формулах (1) и (2) термодинамическую температуру T, законам Гей-Люссака и Шарля можно придать более удобный вид: ,

.

Закон Авогадро: моли любых газов при одинаковых температуре и давлении занимают одинаковые объемы.

Так, при нормальных условиях один моль любого газа занимает объем 22,4 м^-3. При одинаковых температуре и давлении любой газ содержит в единице объема одинаковое количество молекул.

При нормальных условиях в 1 м³ любого газа содержится число частиц, называемое числом Лошмидта:

.

Закон Дальтона: давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений входящих в нее газов:

.

Парциальное давление – давление, которое создавал бы газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он занимал объем, равный объему смеси при той же температуре.