«Агрегатное состояние вещества» - Конденсация Кристаллизация. Парообразование. Содержание. Tкристаллизации= tплавления. Агрегатные состояния вещества. График процессов изменения агрегатного состояния вещества. Нагревание воды. Охлаждение воды. Плавление. Нагревание льда. Три состояния вещества. Tплавления=const. Процессы с поглощением и выделением тепла.

«Тест «Тепловые явления»» - Явление теплопередачи. История с чаем. Проверка. Хозяйка дома. Античный афоризм. Конвекция. Кривая нагревания кристаллического вещества. Охлаждение твердого тела. Про теплоту начнем рассказ. Благодаря какому способу теплопередачи можно греться у камина. Зрительная гимнастика. Исследовательская работа.

«Вещество и его состояние» - Даже пар стальной над нею Наблюдается тогда. Принимают форму сосуда, Кислород бывает твердым, Жидким тоже может быть. В агрегатных состояниях вода Свойства разные покажет нам всегда. Не имеют собственной. Состоит из молекул весь мир! Жидким, Твердым, Молекула – наименьшая частица вещества. Формы и постоянного.

«3 состояния вещества» - Вещество. Кристаллизация. Лед. Примеры процессов. Парообразование. Состояния. Расположение молекул в жидкостях. Реши кроссворд. Конденсация. Характер движения и взаимодействия частиц. Расположение молекул в газах. Интересные факты. Свойства жидкостей. Вопросы к кроссворду. Свойства твердых тел. Изменение физических свойств вещества.

«Три состояния вещества» - Твердое тело. Физика 7 класс. Почему твердые тела сохраняют свою форму? Три состояния вещества. К чему приводит повышении температуры твердого тела? Что можно сказать о расположении молекул при нагревании воды до кипения? Вода испарилась и превратилась в пар. Вопросы: Можно ли открытый сосуд заполнить газом на 50%?

«Тепловые явления 8 класс» - 2. Не понятно, почему…? Луна светит, но не греет? Известно ли вам, как в быту человек учитывает тепловые явления? Вы задумывались над вопросом: Почему в современном доме жить комфортно? Мама права, когда называет своего ребёнка «Солнышко ты моё»? Тепловые явления в твоём доме. В чёрной одежде летом жарко?

А. С. Пушкин “Евгений Онегин”. В окне увидела Татьяна Поутру побелевший двор, Курины, кровли и забор, На стеклах лёгкие узоры, Деревья в зимнем серебре...

Вопрос: Что представляют собой с точки зрения физики

На стеклах лёгкие узоры,

Ответ: Кристаллики замёршей воды, её твёрдое состояние.

. Е. Баратынский “Весна”. Шумят ручьи! Блестят ручьи! Взревев, река несет На торжествующем хребте Поднятый ею лед!

Вопрос: В каком

агрегатном состоянии находится вода?

Ответ: Вода в жидком и твёрдом агрегатном состоянии.

Худеют, тая, бабы снежные. Пришел должно быть, их черед. Звенят ручьи – посланцы вешние. И пробуждают ледоход. В.Кремнев.

• Какие изменения произошли в природе?

2. О каком веществе идет речь?

Что происходит с молекулами вещества, когда вещество находится в разных агрегатных состояниях?

• какова скорость молекул вещества?
• какое расстояние между молекулами?
• каково взаимное расположение молекул?

• жидкость

• твердое тело

Переход вещества из твердого состояния в жидкое называют плавлением

Телу сообщают энергию

Когда тело начнет плавиться?

Изменяются ли молекулы вещества при плавлении?

Как изменяется температура вещества при плавлении?

Переход вещества из жидкого состояния в твердое называют кристаллизацией

жидкость отдает энергию

Как изменяется внутренняя энергия вещества?

Как изменяется энергия молекул и их расположение?

Когда тело начнет кристаллизоваться?

Изменяются ли молекулы вещества при кристаллизации?

Как изменяется температура вещества при кристаллизации?

нагревание

охлаждение

Физическая величина, показывающая какое количество теплоты необходимо для превращения 1 кг кристаллического вещества, взятого при температуре плавления, в жидкость той же температуры, называется удельной теплотой плавления

Обозначается:

Единица измерения:

Поглощение Q

Выделение Q

отвердевание

плавление

t плавления = t отвердевания

“ Читаем график ”

Охарактеризуйте первоначальное состояние вещества

Какие превращения происходят с веществом?

Какие участки графика соответствуют росту температуры вещества? уменьшению ?

Какой участок графика соответствует росту внутренней энергии вещества? уменьшению ?

“ Читаем график ”

В какой момент времени начался процесс плавления вещества?

В какой момент времени вещество кристаллизовалось?

Чему равна температура плавления вещества? кристаллизации?

Сколько длилось: нагревание твердого тела;

плавление вещества;

остывание жидкости?

Проверь себя!

1. При плавлении тела...

а) теплота может и поглощаться, и выделяться.

б) теплота не поглощается и не выделяется.

в) теплота поглощается.

г) теплота выделяется.

2. При кристаллизации жидкости...

а) температура может и повышаться, и понижаться.

б) температура не изменяется.

в) температура понижается.

г) температура повышается.

3. При плавлении кристаллического тела...

а) температура понижается.

б) температура может и повышаться, и понижаться.

в) температура не изменяется.

г) температура повышается.

4. При агрегатных превращениях вещества количество молекул вещества …

а) не изменяется.

б) может и увеличиваться, и уменьшаться.

в) уменьшается.

г) увеличивается.

Ответ: 1-в 2-б 3-в 4-а

Задание на дом:

• 3. Моё настроение на уроке. Плохое Хорошее Отличное

Переход вещества из жидкого состояния в газообразное называют парообразованием

Как изменяется внутренняя энергия вещества при парообразовании?

Как изменяется энергия молекул и их расположение?

Изменяются ли молекулы вещества при парообразовании?

Как изменяется температура вещества при парообразовании?

Переход вещества из газообразного состояния в жидкое называют конденсацией

Как изменяется внутренняя энергия вещества при конденсации?

Как изменяется энергия молекул и их расположение?

Изменяются ли молекулы вещества при конденсации?

Испарение – парообразование, происходящее с поверхности жидкости

1. Какие молекулы покидают жидкость при испарении?

2. Как изменяется внутренняя энергия жидкости при испарении?

3. При какой температуре может происходить испарение?

4. Как изменяется масса жидкости при испарении?

Объясни, почему:

вода из блюдца испарилась быстрее?

нарушилось равновесие весов?

через несколько дней уровень различных жидкостей стал разным.

Объясни

Как будет происходить испарение, если над жидкостью будет дуть ветер?

Почему вода из тарелки испаряется быстрее, чем из миски?

1. Что образуется на стенках банки, если она долго стояла с водой?

2. Что находится в этих пузырьках?

3. Поверхность пузырьков одновременно является поверхностью жидкости. Что будет происходить с поверхности внутри пузырьков?

Сравните процессы испарения и кипения

испарение

1. В какой части жидкости происходит парообразование?

2. Какие изменения температуры жидкости происходят в процессе парообразования?

3. Как изменяется внутренняя энергия жидкости в процессе парообразования?

4. От чего зависит скорость протекания процесса?

Работа газа и пара при расширении

1. Почему иногда подпрыгивает крышка чайника, когда в нем кипит вода?

2. Кода пар толкает крышку чайника, что он совершает?

3. Какие превращения энергии происходят, когда крышка подпрыгивает?

Сухой лёд

При сгорании угля можно полу-

чить не жар, а наоборот, холод. Для этого уголь сжигают в котлах, образующийся дым очищают и улавливают в нём углекислый газ. Его охлаждают и сжимают до давления 7*10 6 Па. Получается жидкая углекислота. Её хранят в толстостенных баллонах.

При открывании крана жидкая углекислота резко расширяется и охдаждается, превращаясь в твёр-

дую углекислоту – «сухой лёд».

Под влиянием теплоты хлопья сухого льда сразу переходят в газ, минуя жидкое состояние.

не может быть в твёрдом состоянии

при t выше 0 0 С.

Английский физик Бриджмен по-

казал, что вода под давлением р ~

2*10 9 Па остаётся твёрдой даже при

t = 76 0 С. Это так называемый «го-

рячий лёд - 5». Взять его в руки не-

льзя, о свойствах этой разновидно-

сти льда узнали косвенным образом.

«Горячий лёд» плотнее воды (1050

кг/м 3), он тонет в воде.

Сегодня известно более 10 разно-

видностей льда с удивительными

Переход вещества из твердого кристаллического состояния в жидкое называется плавлением . Чтобы расплавить твердое кристаллическое тело, его нужно нагреть до определенной температуры, т. е. подвести тепло. Температура, при которой вещество плавится, называется температурой плавления вещества.

Обратный процесс — переход из жидкого состояния в твердое — происходит при понижении температуры, т. е. тепло отводится. Переход вещества из жидкого состояния в твердое называется отвердеванием, или кристал лизацией. Температура, при которой вещество кристаллизуется, называется температурой кристалли зации.

Опыт показывает, что любое вещество кристаллизуется и плавится при одной и той же температуре.

На рисунке представлен график зависимости температуры кристаллического тела (льда) от времени нагревания (от точки А до точки D) и времени охлаждения (от точки D до точки K ). На нем по горизонтальной оси отложено время, а по вертикальной — температура.

Из графика видно, что наблюдение за процессом началось с момента, когда температура льда была -40 °С, или, как принято говорить, температура в начальный момент времени t нач = -40 °С (точка А на графике). При дальнейшем нагревании температура льда растет (на графике это участок АВ ). Увеличение температуры происходит до 0 °С — температуры плавления льда. При 0°С лед начинает плавиться, а его температура перестает расти. В течение всего времени плавления (т.е. пока весь лед не расплавится) температура льда не меняется, хотя горелка продолжает го-реть и тепло, следовательно, подводится. Процессу плавления соответствует горизонтальный учас-ток графика ВС. Только после того как весь лед расплавится и превратится в воду , температура снова начинает подниматься (участок CD ). После того, как температура воды достигнет +40 °С, горелку гасят и воду начинают охлаждать, т. е. тепло отводят (для этого можно сосуд с водой по-местить в другой, больший сосуд со льдом). Температура воды начинает снижаться (участок DE ). При достижении температуры 0 °С температура воды перестает снижаться, несмотря на то, что тепло по-прежнему отводится. Это идет процесс кристаллизации воды — образования льда (гори-зонтальный участок EF ). Пока вся вода не превратится в лед, температура не изменится. Лишь после этого начинает уменьшаться температура льда (участок FK ).

Вид рассмотренного графика объясняется следующим образом. На участке АВ благодаря подводимому теплу средняя кинетическая энергия молекул льда увеличивается, и температура его повышается. На участке ВС вся энергия, получаемая содержимым колбы, тратится на разрушение кристаллической решетки льда: упорядоченное пространственное расположение его молекул сменяется неупорядоченным, меняется расстояние между молекулами, т.е. происходит перестройка молекул таким образом, что вещество становится жидким. Средняя кинетическая энергия моле-кул при этом не меняется, поэтому неизменной остается и температура. Дальнейшее увеличение температуры расплавленного льда-воды (на участке CD ) означает увеличение кинетической энер-гии молекул воды вследствие подводимого горелкой тепла.

При охлаждении воды (участок DE ) часть энергии у нее отбирается, молекулы воды движутся с меньшими скоростями, их средняя кинетическая энергия падает — температура уменьшается, вода охлаждается. При 0°С (горизонтальный участок EF ) молекулы начинают выстраиваться в определенном порядке, образуя кристаллическую решетку. Пока этот процесс не завершится, температура вещества не изменится, несмотря на отводимое тепло, а это означает, что при отвер-девании жидкость (вода) выделяет энергию. Это как раз та энергия, которую поглотил лед, пре-вращаясь в жидкость (участок ВС ). Внутренняя энергия у жидкости больше, чем у твердого тела. При плавлении (и кристаллизации) внутренняя энергия тела меняется скачком.

Металлы, плавящиеся при температуре выше 1650 ºС, называют тугоплавкими (титан, хром , молибден и др.). Самая высокая температура плавления среди них у вольфрама — около 3400 °С . Тугоплавкие металлы и их соединения используют в качестве жаропрочных материалов в самолетостроении, ракетостроении и космической технике, атомной энергетике.

Подчеркнем еще раз, что при плавлении вещество поглощает энергию. При кристаллизации оно, наоборот, отдает ее в окружающую среду. Получая определенное количество теплоты, выделяющееся при кристаллизации, среда нагревается. Это хорошо известно многим птицам. Неда-ром их можно заметить зимой в морозную погоду сидящими на льду, который покрывает реки и озера. Из-за выделения энергии при образовании льда воздух над ним оказывается на несколько градусов теплее, чем в лесу на деревьях, и птицы этим пользуются.

Плавление аморфных веществ.

Наличие определенной точки плавления — это важный признак кристаллических веществ. Именно по этому признаку их можно легко отличить от аморфных тел, которые также относят к твердым телам. К ним, в частности, относятся стекла, очень вязкие смолы, пластмассы.

Аморфные вещества (в отличие от кристаллических) не имеют определенной температуры плавления — они не плавятся, а размягчаются. При нагревании кусок стекла, например, снача-ла становится из твердого мягким, его легко можно гнуть или растягивать; при более высокой температуре кусок начинает менять свою форму под действием собственной тяжести. По мере нагревания густая вязкая масса принимает форму того сосуда, в котором лежит. Эта масса сначала густая, как мед, затем — как сметана и, наконец, становится почти такой же маловязкой жидкостью, как вода. Однако указать определенную температуру перехода твердого тела в жидкое здесь невозможно, поскольку ее нет.

Причины этого лежат в коренном отличии строения аморфных тел от строения кристаллических. Атомы в аморфных телах расположены беспорядочно. Аморфные тела по своему строению напоминают жидкости. Уже в твердом стекле атомы расположены беспорядочно. Значит, повы-шение температуры стекла лишь увеличивает размах колебаний его молекул, дает им постепенно все большую и большую свободу перемещения. Поэтому стекло размягчается постепенно и не обнаруживает резкого перехода «твердое—жидкое», характерного для перехода от расположения молекул в строгом порядке к беспорядочному.

Теплота плавления.

Теплота плавления — это количество теплоты, которое необходимо сообщить веществу при постоянном давлении и постоянной температуре, равной температуре плавления, чтобы полностью перевести его из твердого кристаллического состояния в жидкое. Теплота плавления равна тому количеству теплоты , которое выделяется при кристалли-зации вещества из жидкого состояния. При плавлении вся подводимая к веществу теплота идет на увеличение потенциальной энер-гии его молекул. Кинетическая энергия не меняется, поскольку плавление идет при постоянной температуре.

Изучая на опыте плавление различных веществ одной и той же массы, можно заметить, что для превращения их в жидкость требуется разное количество теплоты. Например, для того чтобы расплавить один килограмм льда, нужно затратить 332 Дж энергии, а для того чтобы расплавить 1 кг свинца — 25 кДж .

Количество теплоты, выделяемое телом, считается отрицательным. Поэтому при расчете количества теплоты, выделяющегося при кристаллизации вещества массой m , следует пользоваться той же формулой, но со знаком «минус»:

Теплота сгорания.

Теплота сгорания (или теплотворная способность , калорийность ) — это количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании топлива.

Для нагревания тел часто используют энергию, выделяющуюся при сгорании топлива. Обыч-ное топливо (уголь, нефть, бензин) содержит углерод . При горении атомы углерода соединяются с атомами кислорода , содержащегося в воздухе, в результате чего образуются молекулы углекислого газа . Кинетическая энергия этих молекул оказывается большей, чем у исходных частиц. Увеличение кинетической энергии молекул в процессе горения называют выделением энергии. Энергия, выделяющаяся при полном сгорании топлива, и есть теплота сгорания этого топлива.

Теплота сгорания топлива зависит от вида топлива и его массы. Чем больше масса топлива, тем больше количество теплоты, выделяющейся при его полном сгорании.

Физическая величина , показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг, называется удельной теплотой сгорания топлива. Удельную теплоту сгорания обозначают буквой q и измеряют в джоулях на килограмм (Дж/кг).

Количество теплоты Q , выделяющееся при сгорании m кг топлива, определяют по формуле:

Чтобы найти количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании топлива произвольной массы, нужно удельную теплоту сгорания этого топлива умножить на его массу.

Модель идеального газа, используемая в молекулярно-кинетической теории газов, позволяет описывать поведение разреженных реальных газов при достаточно высоких температурах и низких давлениях. При выводе уравнения состояния идеального газа размерами молекул и их взаимодействием друг с другом пренебрегают. Повышение давления приводит к уменьшению среднего расстояния между молекулами, поэтому необходимо учитывать объем молекул и взаимодействие между ними. Taк, в 1 м 3 газа при нормальных условиях содержится 2,68×10 25 молекул, занимающих объем пример­но 10 –4 м 3 (радиус молекулы примерно 10 –10 м), которым по сравнению с объемом газа (1 м 3) можно пренебречь. При давлении 500 МПа (1 атм = 101,3 кПа) объем молекул составит уже половину всего объема газа. Таким образом, при высоких давлениях и низких температурах указанная модель идеального газа непригодна.

При рассмотренииреальных газов - газов, свойства которых зависят от взаимо­действия молекул, надо учитыватьсилы межмолекулярного взаимодействия. Они прояв­ляются на расстояниях £ 10 –9 м и быстро убывают при увеличении расстояния между молекулами. Такие силы называютсякороткодействующими.

По мере развития представлений о строении атома и квантовой механики, было выяснено, что между молекулами вещества одновременно действуютсилы притяжения и силы отталкивания. На рис. 88, а приведена качественная зависимость сил межмолекулярного взаимодействия от расстояния r между молекулами, где F о и F п - соответственно силы отталкивания и притяжения, a F - их результирующая. Силы отталкивания считаются положительными, а силы взаимного притяжения - отрицательными.

На расстоянии r=r 0 результирующая сила F = 0, т.е. силы притяжения и оттал­кивания уравновешивают друг друга. Таким образом, расстояние r 0 соответствует равновесному расстоянию между молекулами, на котором бы они находились в отсут­ствие теплового движения. При r < r 0 преобладают силы отталкивания (F> 0), при r > r 0 - силы притяжения (F <0). На расстояниях r > 10 –9 м межмолекулярные силы взаимодействия практически отсутствуют (F ®0).

Элементарная работа dA силы F при увеличении расстояния между молекулами на dr совершается за счет уменьшения взаимной потенциальной энергии молекул, т. е.

(60.1)

Из анализа качественной зависимости потенциальной энергии взаимодействия молекул от расстояния между ними (рис. 88, б) следует, что если молекулы находятся друг от друга на расстоянии, на котором межмолекулярные силы взаимодействия не действу­ют (r ®¥), то П=0. При постепенном сближении молекул между, ними появляются силы притяжения (F <0), которые совершают положительную работу (dA=F dr > 0).Тогда, согласно (60.1), потенциальная энергия взаимодействия уменьшается, достигая минимума при r = r 0 . При r < r 0 с уменьшением r силы отталкивания (F >0) резко возрастают и совершаемая против них работа отрицательна (dA=F dr <0). Потенци­альная энергия начинает тоже резко возрастать и становится положительной. Из данной потенциальной кривой следует, что система из двух взаимодействующих молекул в состоянии устойчивого равновесия (r = r 0) обладает минимальной потенци­альной энергией.

Критерием различных агрегатных состояний вещества является соотношениемеж­ду величинами П min и kT . П min - наименьшая потенциальная энергия взаимодействия молекул - определяет работу, которую нужно совершить против сил притяжения для того, чтобы разъединить молекулы, находящиеся в равновесии (r = r 0); kT определяет удвоенную среднюю энергию, приходящуюся на одну степень свободы хаотического (теплового) движения молекул.

Если П min <<kT , то вещество находится в газообразном состоянии, так как интенсивное тепловое движение молекул препятствует соединению молекул, сблизившихся до расстояния r 0 , т. е. вероятность образования агрегатов из молекул достаточно мала. Если П min >>kT , то вещество находится в твердом состоянии, так как молекулы, притягиваясь друг к другу, не могут удалиться на значительные расстояния и колеблются около положений равновесия, определяемого расстоянием r 0 . Если П min »kT , то вещество находится в жидком состоянии, так как в результате теплового движения молекулы перемещаются в пространстве, обмениваясь местами, но не расходясь на расстояние, превышающее r 0 .

Таким образом, любое вещество в зависимости от температуры может находиться в газообразном, жидком или твердом агрегатном состоянии, причем температура перехода из одного агрегатного состояния в другое зависит от значения П min , для данного вещества. Например, у инертных газов П min мало, а у металлов велико, поэтому при обычных (комнатных) температурах они находятся соответственно в газо­образном и твердом состояниях.

Основные положения молекулярно-кинетической теории :

· все вещества состоят из молекул, а молекулы из атомов,

· атомы и молекулы находятся в постоянном движении,

· между молекулами существуют силы притяжения и отталкивания.

В газах молекулы двигаются хаотически, расстояния между молекулами большие, молекулярные силы малы, газ занимает весь предоставленный ему объем.

В жидкостях молекулы располагаются упорядочно только на малых расстояниях, а на больших расстояниях порядок (симметрия) расположения нарушается – “ближний порядок”. Силы молекулярного притяжения удерживают молекулы на близком расстоянии. Движение молекул – “перескоки ” из одного устойчивого положения в другое (как правило, в пределах одного слоя. Таким движением объясняется текучесть жидкости. Жидкость не имеет форму, но имеет объем.

Твердые тела – вещества, которые сохраняют форму, делятся на кристаллические и аморфные. Кристаллические твердые тела имеют кристаллическую решетку, в узлах которой могут находиться ионы, молекулы или атомы Они совершают колебания относительно устойчивых положений равновесия.. Кристаллические решетки имеют правильную структуру по всему объему – “дальний порядок” расположения.

Аморфные тела сохраняют форму, но не имеют кристаллической решетки и, как следствие, не имеют ярко выраженной температуры плавления. Их называют застывшими жидкостями, так как они, как жидкости имеют “ближний ” порядок расположения молекул.

Подавляющее большинство веществ при нагревании расширяется. Это легко объяснимо с позиции механической теории теплоты, поскольку при нагревании молекулы или атомы вещества начинают двигаться быстрее. В твердых телах атомы начинают с большей амплитудой колебаться вокруг своего среднего положения в кристаллической решетке, и им требуется больше свободного пространства. В результате тело расширяется. Так же и жидкости и газы, по большей части, расширяются с повышением температуры по причине увеличения скорости теплового движения свободных молекул (см. Закон Бойля-Мариотта, Закон Шарля,Уравнение состояния идеального газа).

Основной закон теплового расширения гласит, что тело с линейным размером L в соответствующем измерении при увеличении его температуры на ΔТ расширяется на величину ΔL , равную:

ΔL = αL ΔT

где α - так называемый коэффициент линейного теплового расширения. Аналогичные формулы имеются для расчета изменения площади и объема тела. В приведенном простейшем случае, когда коэффициент теплового расширения не зависит ни от температуры, ни от направления расширения, вещество будет равномерно расширяться по всем направлениям в строгом соответствии с вышеприведенной формулой.

Для инженеров тепловое расширение - жизненно важное явление. Проектируя стальной мост через реку в городе с континентальным климатом, нельзя не учитывать возможного перепада температур в пределах от -40°C до +40°C в течение года. Такие перепады вызовут изменение общей длины моста вплоть до нескольких метров, и, чтобы мост не вздыбливался летом и не испытывал мощных нагрузок на разрыв зимой, проектировщики составляют мост из отдельных секций, соединяя их специальными термическими буферными сочленениями , которые представляют собой входящие в зацепление, но не соединенные жестко ряды зубьев, которые плотно смыкаются в жару и достаточно широко расходятся в стужу. На длинном мосту может насчитываться довольно много таких буферов.

Однако не все материалы, особенно это касается кристаллических твердых тел, расширяются равномерно по всем направлениям. И далеко не все материалы расширяются одинаково при разных температурах. Самый яркий пример последнего рода - вода. При охлаждении вода сначала сжимается, как и большинство веществ. Однако, начиная с +4°C и до точки замерзания 0°C вода начинает расширяться при охлаждении и сжиматься при нагревании (с точки зрения приведенной выше формулы можно сказать, что в интервале температур от 0°C до +4°C коэффициент теплового расширения воды α принимает отрицательное значение). Именно благодаря этому редкому эффекту земные моря и океаны не промерзают до дна даже в самые сильные морозы: вода холоднее +4°C становится менее плотной, чем более теплая, и всплывает к поверхности, вытесняя ко дну воду с температурой выше +4°C.

То, что лед имеет удельную плотность ниже плотности воды, - еще одно (хотя и не связанное с предыдущим) аномальное свойство воды, которому мы обязаны существованием жизни на нашей планете. Если бы не этот эффект, лед шел бы ко дну рек, озер и океанов, и они, опять же, вымерзли бы до дна, убив всё живое.

34.Законы идеального газа. Уравнение состояния идеального газа (менделеева-клапейрона) . Законы Авогадро и Дальтона.

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:

pV=const при T=const, m=const (7)

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

Рис. 1. Зависимость давления идеального газа от объема при постоянной температуре

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

V=V 0 (1+αt) при p=const, m=const (8)

Здесь t - температура по шкале Цельсия, V 0 - объем газа при 0 o С, α=(1/273) K -1 - 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 температуре постоянно:

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

Рис. 2. Зависимость объема идеального газа от температуры при постоянном давлении

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

p=p 0 (1+αt) при p=const, m=const (9)

Здесь t - температура по шкале Цельсия, p 0 - давление газа при 0 o С, α=(1/273) K -1 - температурный коэффициент объемного расширения газа.

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

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

Рис. 3. Зависимость давления идеального газа от температуры при постоянном объеме

Вводя в формулах (8) и (9) термодинамическую температуру T, законам Гей-Люссака и Шарля можно придать более удобный вид:

V=V 0 (1+αt)=V 0 =V 0 αT (10)
p=p 0 (1+αt)=p 0 =p 0 αT (11)

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 м 3 любого газа содержится число частиц, называемое числом Лошмидта:

N L =2,68·10 25 м -3 .

Закон Дальтона: давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений p 1 ,p 2 ,...,p n входящих в нее газов:

p=p 1 +p 2 +....+p n

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

Похожие статьи