Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Термодинамика не рассматривает микропроцессы, которые лежат в основе этих превращений. Этим термодинамический метод отличается от статистического. Термодинамика базируется на двух началах — фундаментальных законах, установленных в результате обобщения опытных данных. Область применения термодинамики значительно шире, чем молекулярно-кинетической теории, ибо нет таких областей физики и химии, в которых нельзя было бы пользоваться термодинамическим методом. Однако, с другой стороны, термодннамнческий метод несколько ограничен: термодинамика ничего не говорит о микроскопическом строении вещества, о механизме явлений, а лишь устанавливает свизн между макроскопнческимн ! л н в а 8 Молекулярно-кннетнчг<хэи теории ил<альмы <ли в 7п Глава 8 Молекулярно-кинетическая теория идеальных газов свойствами вещества.
Молекулярно-кинетическая теория и термодинамика взаимно дополняют друг друга, образуя единое целое, но отличаясь различными методами исследования. Термодинамика имеет дело с термодииамической системой — совокупностью макроскопических тел, которые взаимодействуют и обмениваются энергией как между собой, так н с другими телами (внешней средой). Основа термодинаиического метода — — определение состояния термодииамической системы. Состояние системы задается термодинамическими параметрами (параметрами состояния)— совокупностью физических величин, характеризующих свойства термодинамнческой системы.
Обычно в качестве параметров состояния выбирают температуру, давление и удельный объем. Температура — одно из основных понятий, нграюших важную роль не толька в термодинамике, но и в физике в целом. Температура — физическая величина, характеризуюшая состояние термодинамического равновесии макроскапнческой системы. В соответствии с решением Х! Генеральной конференции по мерам н весам (1960) в настоишее время можно применять только две температурные шкалы — термодинамнческую и Международную практическую, градуированные соответственно в кельвинах (К) и в градусах Цельсия ('С).
В Международной практической шкале температура замерзания и кипения воды при давлении 1,0!3.10х Па соответственно 0 и 100 'С (так называемые реперные точки). 2 41. Опытные законы идеального газа В молекулярно-кинетической теории пользуются идеализированной' моделью идеального газа, согласно которой; 1) собственный объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объемам <осуда; Термодинамическая температурная шкала определяется по одной реперной точке, в качестве которой взята тройная точка воды (температура, прн которой лед, вода и пасы<ценный пар при давлении 609 Па находятся в термодинамическом равновесии). Температура этой точки по термодинамической шкале равна 273,16 К (точно).
Градус Цельсия равен кельвину, В термодинамической шкале темпера~ура замерзания воды равна 273,15 К (нри том же давлении, что и в Международной практической шкале), поэтому, по определению, термодинамическая температура и температура по Международной практической шкале связаны соотношением Т= 273, !5+<. Температура Т=О называется нулем кельвин. Анализ различных процессов показывает, что 0 К недостижим, хотя приближение к нему сколь угодно близко возможно.
Удельный объем и — это обьем единицы массы. Когда тело однородно, т. е. его плотность р=сопз1, то и= 17/<п=!/р. Так как при постоянной массе удельный объем пропорционален обшему объему, то макроскопические свойства однородного тела можно характеризовать объемом тела. Параметры с<ютояния системы могут изменяться. Любое изменение в термодннамической системе, связанное с изменением хотя бы одного нз ее термодинамических параметров, называется термодинамическим процессом. Макроскопическая система находится в термодниамическом равновесии, если ее состояние с течением времени не меняется (предполагается, что внешние условия рассматриваемой системы при этом не изменяются).
2) между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия, 3) столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие, Модель идеального газа можно использовать прн изучении реальных газов, так как они в условиях, близких к нор- 2. Основы молекулярной физики и термодинамики Рис. 01 Рис. 60 мальным (например, кислород и гелий), а также при низких давлениях и высоких температурах близки по своим свойствам к идеальному газу.
Кроме того, внеся поправки, учитывающие собственный объем молекул газа и действующие молекулярные силы, можно перейти к теории реальных газов. Опытным путем, еще до появления молекулярно-кинетической теории, был уста. новлен целый ряд законов, описывающих поведение идеальных газов, которые мы и рассмотрим. Закон Бойля — Мариотта*; для данной массы газа при постоянной температу. ре произведение давления газа на его объем есть величина постоянная: р)7 = сон 51 (41.1) при 1 =соп51, ш = соп51. Кривая, изображающая зависимость между величинами р и (7, характеризующими свойства вещества при постоянной температуре, называется изотермой.
Изотермы представляют собой гиперболы, располо. женные на графике тем выше, чем выше температура, при которой происходит процесс (рис. 60). Закон Гей-Люссака *": 1) объем дан. ной массы газа при постоянном давлении изменяется линейно с температурой: К= (го (1+ аг) (41.2) при р=соп51, гп=соп51; ' Р. Бойль (1627..1691) — английский ученый, Э.Мариотт (1620 в 1684) — французский физик. *' Ж. Гей-Люссак (1778 — 1850) — французский ученый 2) давление данной массы газа при постоянном объеме изменяется линейно с температурой: Р=ро(1+аг) (41.3) при 1' ="соп51, гп=соп51. В этих уравнениях Г-.
температура по шкале Цельсия, ро и (го — давление и объем при 0 'О, коэффициент а= =1/273,15 К Процесс, протекающий при постоянном давлении, называется изобарным. На диаграмме в координатах 17, 1 (рис. 61] этот процесс изображается прямой, называемой изобарой. Процесс, протекаюгдий при постоянном объеме, называется изокорным. На диаграмме в координатах р, 1 (рис. 62) Он изображается прямой, называемой нзокорой Из (41.2) и (41,3) следует, что изобары и изохоры пересекают ось температур в точке(= — 1/а= — 273,15'С, определяемой из условия 1+а(=0.
Если сместить начало отсчета в эту точку, то происходит переход к шкале Кельвина (рис. 62), откуда Т = 1+ 1/а. 76 Г и и и и К З(иигиуиирии.ые~ гиии кии гсирии илоилы нх ~азии рис. аэ или У,/Уг= Т,/Т, (41.4) при Р=сопз1, иг=сопз(, Р,/Рг=Т,/Тг (41.5) при 1/=сапа!, иг=сопз(, Р=Р~+Рг+ +Ри Ргр =Р[Уг (42.1) р', Т, р, Тг (42.2) Вводя в формулы (41.2) и (41.3) термодинамическую температуру, законам Гей-Люссака можно придать более удобный вид. У= Уо (1+ а1) = Уо [1+ а (Т вЂ” 1/я))= = УоаТ, Р = Ро (! + аг) = ро [1 + а (Т вЂ” 1/ц)) = роиТ, где индексы 1 и 2 относятся к произвольным состояниям, лежащим на одной изобаре или изахоре. Закон Авогадро*: мали любых газов при одинаковых температуре и давлении занимают одинаковые объемы. При нормальных условиях этот объем равен 22,41 1О ' м'/моль.
По определению, в одном моле различных веществ содержится одно и та же число молекул, называемое постоянной Авогадро: гух 6,022.10 моль Закон Дальтонв "*: давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений входящих в нее газов, т. е. где Рь Рг,..., Р - — пвРциальные давления — давления, которые оказывали бы газы смеси, если бы оии одни занимали объем, равный объему смеси при той же температуре.
й 42. Уравнение Клапейрона — Менделеева. Как уже указывалось, состояние некоторой массы газа определяется тремя термодинамическкми параметрами: давлени- ' А Аиогадро (1776 в 1856) -- итальянский физик и химик *" Дж. Дальтон (1766 — 1844) — англий. ский химик и физик. ем Р, объемом У и температурой Т. Между этими параметрами существует определенная связь, называемая уравнением состояния, которое в общем виде дается выражением 1(Р, У, Т)=О, где каждая из переменных является функцией двух других. Французский физик и инженер Б. Клапейрон (1799 — !864) вывел уравнение состояния идеального газа, объединив законы Бойля — Мариотта н Гей-Люссана. Пусть некоторая масса газа занимает объем У„ имеет давление р~ и находится при температуре Ти Эта же масса газа в друтам произвольном состоянии характеризуется параметрами рь Уь Т. (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
