Газовые законы - Молекулярная физика. Термодинамика - Теоретический материал для подготовки к ЕГЭ

Основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ) заключаются в следующем.

1. Вещества состоят из атомов и молекул.

2. Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении.

3. Атомы и молекулы взаимодействуют между собой с силами притяжения и отталкивания.

Характер движения и взаимодействия молекул может быть разным, в связи с этим принято различать 3 агрегатных состояния вещества: твёрдое, жидкое и газообразное. Наиболее сильно взаимодействие между молекулами в твердых телах. В них молекулы расположены в так называемых узлах кристаллической решетки, т.е. в положениях, при которых равны силы притяжения и отталкивания между молекулами. Движение молекул в твердых телах сводится к колебательному около этих положений равновесия. В жидкостях ситуация отличается тем, что, поколебавшись около каких-то положений равновесия, молекулы часто их меняют. В газах молекулы далеки друг от друга, поэтому силы взаимодействия между ними очень малы и молекулы движутся поступательно, изредка сталкиваясь между собой и со стенками сосуда, в котором они находятся.

Относительной молекулярной массой М_r называют отношение массы m₀ молекулы к 1/12 массы атома углерода m_ос:

Количество вещества в молекулярной физике принято измерять в молях.

Молем v называется количество вещества, в котором содержится столько же атомов или молекул (структурных единиц), сколько их содержится в 12 г углерода. Это число атомов в 12 г углерода называется числом Авогадро:

Молярная масса М = М_r ∙ 10^-3 кг/моль — это масса одного моля вещества. Количество молей в веществе можно рассчитать по формуле:

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа:

где m₀ — масса молекулы; n — концентрация молекул; — средняя квадратичная скорость движения молекул.

2.1. Газовые законы

Уравнение состояния идеального газа — уравнение Менделеева-Клапейрона:

Изотермический процесс (закон Бойля-Мариотта):

Для данной массы газа произведение давления на его объем есть величина постоянная: pV = const при Т = const, m = const, М = const.

В координатах p — V изотерма — гипербола, а в координатах V — Т и р — Т — прямые (см. рис. 4).

Рис. 4.

Изохорный процесс (закон Шарля):

Для данной массы газа при неизменном объеме отношение давления к температуре в градусах Кельвина есть величина постоянная (см. рис. 5).

Рис. 5.

Изобарный процесс (закон Гей-Люссака):

Для данной массы газа при неизменном давлении отношение объёма газа к температуре в градусах Кельвина есть величина постоянная (см. рис. 6).

Рис. 6.

Закон Дальтона:

Если в сосуде находится смесь нескольких газов, то давление смеси равно сумме парциальных давлений, т.е. тех давлений, которые каждый газ создавал бы в отсутствии остальных.