Fizika, Molekulyar fizika

İdeal qaz qanunları və qrafiklər

Dərslik: Fizika, 10-cu sinif, 6.1 «Molekulyar-kinetik nəzəriyyə və onun əsas müddəaları», səh. 135
Dərslik: Fizika, 10-cu sinif, 6.2 «İdeal qaz. İdeal qazın molekulyar-kinetik nəzəriyyəsinin əsas tənliyi», səh. 140
Dərslik: Fizika, 10-cu sinif, 6.3 «İstilik tarazlığı — temperatur», səh. 143
Dərslik: Fizika, 10-cu sinif, 6.4 «İdeal qazın hal tənliyi», səh. 147
Dərslik: Fizika, 10-cu sinif, 6.5 «Qaz qanunları», səh. 150
Dərslik: Fizika, 8-ci sinif, «5.1 Molekulların istilik hərəkəti. Temperatur», səh. 36
Dərslik: Fizika, 8-ci sinif, «5.3 İstilik tarazlığı. Temperatur şkalaları», səh. 43
Dərslik: Fizika, 7-ci sinif, «Atomun ölçüsü», səh. 81

İmtahan bu mövzuda nə soruşur?

İmtahanda qazın halını təsvir edən qrafikdən izoprosesləri müəyyənləşdirir, naməlum temperaturu hesablayır və prosesi başqa koordinatlarda göstərirsən. Halların koordinatlarını, keçid oxlarını və xətlərin formasını əsaslandırmaq tələb olunur. Həmçinin molekulların konsentrasiyasını və orta kvadratik sürətlərinin nisbətini tapırsan.

Qayda

MKN maddənin zərrəcik quruluşuna əsaslanır: atom və molekullar daim nizamsız hərəkət edir, aralarında cazibə və itələmə yaranır. Diffuziya zərrəciklərin qarışmasıdır; Broun hərəkəti maye və ya qazda asılı halda olan hissəciklərin mühit molekullarının zərbələri nəticəsində nizamsız hərəkətidir.
İdeal qaz modelində molekulların öz həcmi və toqquşmalar arasındakı qarşılıqlı təsiri nəzərə alınmır; toqquşmalar elastikdir. Divara dəyən molekullar təzyiq yaradır.
İstilik tarazlığı zamanı cisimlərin temperaturları bərabərdir, aralarında xalis istilik ötürülməsi olmur. Kelvinlə temperatur üçün $T=t+273$ götürülür; burada $t$ Selsi ilə ədədi qiymətdir.
Konsentrasiya $n=N/V$ ilə hesablanır. $N$ molekulların sayı, $V$ həcmdir. Maddə miqdarı $\nu=m/M=N/N_A$ olur; $M$ molyar kütlə, $N_A$ Avoqadro sabitidir.
Əsas tənlik: $p=\frac13m_0nv_{\mathrm{or.kv}}^2=\frac23n\overline{E_k}$ . Burada $m_0$ bir molekulun kütləsi, $\overline{E_k}$ onun irəliləmə hərəkətinin orta kinetik enerjisidir.
Hal tənliyi: $pV=\nu RT=NkT$ , deməli, $p=nkT$ . $R$ universal qaz sabiti, $k$ Bolsman sabitidir. Qaz miqdarı dəyişmirsə, $p_1V_1/T_1=p_2V_2/T_2$ .
İzoproseslər sabit qaz miqdarı üçün: izotermik prosesdə $T$ sabitdir, $pV=\mathrm{const}$ ; izobarik prosesdə $p$ sabitdir, $V/T=\mathrm{const}$ ; izoxor prosesdə $V$ sabitdir, $p/T=\mathrm{const}$ .
Üfüqi ox $V$ , şaquli ox $p$ olduqda izoterm hiperbola, izobar üfüqi, izoxor şaquli xətdir. Üfüqi ox $T$ olduqda izoterm şaqulidir; $V(T)$ izobarı və $p(T)$ izoxoru uzantısı başlanğıcdan keçən düz xətlərdir. İzobarik prosesdə $n(T)=p/(kT)$ hiperboladır.
Orta enerji $\overline{E_k}=3kT/2$ , orta kvadratik sürət $v_{\mathrm{or.kv}}=\sqrt{3kT/m_0}$ olur. Eyni qaz üçün sürətlərin nisbəti temperaturlar nisbətinin kvadrat köküdür.

Nümunələr

Qaz izotermik olaraq $5$ litrdən $2$ litrə sıxılır. Başlanğıc təzyiq $80$ kPa-dır. Son təzyiqi tap: $p_2=80\times5/2=200$ kPa. $p(V)$ qrafikində ox hiperbola boyunca sola və yuxarı yönəlir.

Qaz sabit təzyiqdə $250$ K-dən $750$ K-ə qızdırılır. İlkin həcm $2$ litrdirsə, $V_2=2\times750/250=6$ litr. $V(T)$ qrafikində $(250;2)$ və $(750;6)$ nöqtələrini düz parça birləşdirir. $N$ dəyişmədiyindən $n_2=n_1/3$ ; konsentrasiya qrafiki enən hiperboladır.

Eyni qazın temperaturu $150$ K-dən $600$ K-ə yüksəlir. Sürət necə dəyişər? $v_2/v_1=\sqrt{600/150}=2$ . Orta kinetik enerji isə $600/150=4$ dəfə artır.

Tipik səhv

Temperatur nisbətində Selsi qiymətlərindən istifadə etmə: əvvəl Kelvinə çevir. Qrafiki köçürməzdən əvvəl oxları oxu; eyni proses müxtəlif koordinatlarda fərqli görünür. Hesablamada $R$ və ya $k$ işlənirsə, təzyiqi paskalla, həcmi kubmetrlə yaz: $1\,\mathrm{l}=10^{-3}\,\mathrm{m^3}$ .