आदर्श गैस, नियम और सूत्र।

अध्ययन की सबसे सरल वस्तु एक आदर्श गैस है। एक आदर्श गैस वह गैस होती है जिसके अणुओं का आकार नगण्य होता है और वे दूरी पर परस्पर क्रिया नहीं करते हैं। और टकराव के दौरान वे बिल्कुल लोचदार गेंदों की तरह परस्पर क्रिया करते हैं। एक आदर्श गैस एक अमूर्त है। लेकिन यह अवधारणा उपयोगी है, क्योंकि यह ताप इंजनों की इंजीनियरिंग गणना और उनमें होने वाली प्रक्रियाओं को सरल बनाती है।

किसी गैस की अवस्था को दर्शाने वाले मुख्य पैरामीटर हैं आयतन, दबाव, , और तापमान, .

3. परमाणु द्रव्यमान इकाई (ए.यू.एम.)।

आणविक द्रव्यमान बहुत छोटे होते हैं,
10 -27 किग्रा. इसलिए, परमाणुओं और अणुओं के द्रव्यमान को चिह्नित करने के लिए, मात्राओं का उपयोग किया जाता है जिन्हें किसी तत्व या अणु की परमाणु द्रव्यमान इकाई कहा जाता है,

प्रातः 1 बजे = 1.67 10 -27 किग्रा =
.

सभी परमाणुओं और अणुओं का द्रव्यमान एमू में मापा जाता है:

= 12 एएमयू,
= 14 एमू,
= 16 एमू

सापेक्ष आणविक (
) या परमाणु ( ) द्रव्यमान एक अणु या परमाणु के द्रव्यमान और कार्बन परमाणु के द्रव्यमान (1/12) का अनुपात है
.

जैसा कि परिभाषा से देखा जा सकता है
- आयामहीन मात्राएँ। द्रव्यमान की इकाई कार्बन परमाणु के द्रव्यमान (1/12) के बराबर
परमाणु द्रव्यमान इकाई कहलाती है। (ए.ई.एम.). आइए हम किलोग्राम में व्यक्त इस इकाई (अर्थात एएमयू) को, द्वारा निरूपित करें
. तब परमाणु का द्रव्यमान बराबर होगा
, और अणु का द्रव्यमान है
.

किसी पदार्थ की वह मात्रा जिसमें 0.012 किलोग्राम आइसोटोप में परमाणुओं की संख्या के बराबर कणों (परमाणुओं या अणुओं) की संख्या होती है
, तिल कहलाता है।

किसी पदार्थ के एक मोल में मौजूद कणों की संख्या को एवोगैड्रो संख्या कहा जाता है।
= 6.022 10 23 मोल -1. मोल के द्रव्यमान को मोलर द्रव्यमान कहा जाता है।

(1)

कार्बन के मामले में

= 1.66 · 10 -27 किग्रा.

(2) से यह निष्कर्ष निकलता है

= 0.001 किग्रा/मोल. (3)

(3) को (1) में प्रतिस्थापित करने पर, हमारे पास है

= 0,001
किग्रा/मोल

=
जी/मोल.

इस प्रकार, ग्राम में व्यक्त एक मोल का द्रव्यमान, संख्यात्मक रूप से सापेक्ष आणविक द्रव्यमान के बराबर होता है।

= 12 एएमयू
= 12 ग्राम/मोल,

= 16 एमू
= 16 ग्राम/मोल,

= 32 पूर्वाह्न

= 32 ग्राम/मोल.

4. आदर्श गैस के गुण.

अणुओं का आयाम लगभग 1 ए = 10 -10 मीटर है।

दबाव एक इकाई क्षेत्र पर लंबवत कार्य करने वाले बल के बराबर है,
. SI में दबाव Pa (पास्कल) में मापा जाता है। पा = एन/एम 2, 1 किग्रा/सेमी 2 = 1 एटीएम = 9.8 · 10 4 पा, 1 मिमी एचजी। = 133 पा.

5. मेंडेलीव-क्लैपेरॉन समीकरण।

कम घनत्व पर, गैसें समीकरण का पालन करती हैं

एक आदर्श गैस के लिए अवस्था का मेंडेलीव-क्लैपेरॉन समीकरण, - मोल्स की संख्या, = 8.31 J/mol K. यदि आप मात्राएँ दर्ज करते हैं तो समीकरण को एक अलग रूप दिया जा सकता है

= 1.38 10 -23 जे/के:

.

अगर
तो, कणों की सांद्रता है

.

अगर
, वह

.

इस अभिव्यक्ति का प्रयोग वायुगतिकी में किया जाता है।

6. गैसों के गतिज सिद्धांत का मूल समीकरण (क्लॉसियस समीकरण)।

आणविक गतिज सिद्धांत का मूल समीकरण गैस की अवस्था के मापदंडों को अणुओं की गति की विशेषताओं से जोड़ता है।

समीकरण प्राप्त करने के लिए, एक सांख्यिकीय पद्धति का उपयोग किया जाता है, अर्थात व्यक्तिगत गैस अणुओं की विशेषताओं को जानना
(एकाग्रता) पाया जा सकता है - गैस का दबाव, संपूर्ण गैस की विशेषताएं।

समीकरण प्राप्त करने के लिए, एक मोनोआटोमिक आदर्श गैस पर विचार करें। अणु अव्यवस्थित रूप से चलते हैं। अणुओं की गति अलग-अलग होती है। आइए मान लें कि बर्तन की दीवारों पर अणुओं के टकराव की संख्या की तुलना में गैस अणुओं के बीच आपसी टकराव की संख्या नगण्य है; आइए बर्तन की दीवारों पर दबाव ज्ञात करें, यह मानते हुए कि गैस एक किनारे वाले घन बर्तन में है . हम दबाव को बर्तन की दीवारों पर गैस अणुओं के प्रभाव के औसत परिणाम के रूप में देखते हैं।

1). न्यूटन के तीसरे नियम के अनुसार, दीवार प्रत्येक अणु से गति प्राप्त करती है

2). दौरान
साइटों
केवल उन्हीं अणुओं तक पहुँचें जो आयतन में समाहित हैं

3). आयतन में इन अणुओं की संख्या
के बराबर होती है

.

4). प्लेटफ़ॉर्म पर प्रभावों की संख्या बराबर है
.

5). जब अणु टकराते हैं, तो वे क्षेत्र में गति स्थानांतरित करते हैं

ध्यान में रख कर
- ताकत और
- दबाव,

हमारे पास दबाव के लिए है

(1)

यदि गैस की मात्रा शामिल है
अणु जो गति से चलते हैं
, तो हमें सूत्र का उपयोग करके मूल माध्य वर्ग गति की अवधारणा को पेश करने की आवश्यकता है

. (2)

तब व्यंजक (1) रूप लेगा

=

गैसों के गतिज सिद्धांत का मूल समीकरण।

इस समीकरण को नोट करके पुनः व्यवस्थित किया जा सकता है

.

.

दूसरी ओर

.

.

अणुओं की अराजक गति की औसत गतिज ऊर्जा सीधे तापमान के समानुपाती होती है और द्रव्यमान पर निर्भर नहीं करती है। T=0 पर
= 0, गैस अणुओं की गति रुक ​​जाती है और दबाव शून्य हो जाता है।

निरपेक्ष तापमान, टी औसत का माप है गतिज ऊर्जाआदर्श गैस अणुओं की स्थानान्तरणीय गति। लेकिन यह केवल मध्यम तापमान पर ही सच है, जब तक कि अणुओं और परमाणुओं का कोई क्षय या आयनीकरण नहीं होता है। यदि सिस्टम में कणों की संख्या कम है, तो यह भी गलत है, क्योंकि माध्य वर्ग वेग की अवधारणा को प्रस्तुत करना असंभव है।

से
और
चाहिए

=.

परिभाषा: एक आदर्श गैस वह गैस है जिसके गुण निम्नलिखित शर्तों को पूरा करते हैं:
ए) ऐसी गैस के अणुओं की टक्कर लोचदार गेंदों की टक्कर के रूप में होती है, जिनके आयाम नगण्य होते हैं;
बी) टकराव से टकराव तक, अणु समान रूप से और सीधी रेखा में चलते हैं;
ग) अणुओं के बीच परस्पर क्रिया की शक्तियों की उपेक्षा की जाती है।

वास्तविक गैसें कमरे का तापमानऔर सामान्य दबावआदर्श गैसों की तरह व्यवहार करें। आदर्श गैसों को हीलियम और हाइड्रोजन जैसी गैसें माना जा सकता है, जिनके गुण सामान्य परिस्थितियों में भी एक आदर्श गैस के नियमों के अनुरूप होते हैं।

आदर्श गैस के एक निश्चित द्रव्यमान की स्थिति तीन मापदंडों के मूल्यों द्वारा निर्धारित की जाएगी: पी, वी, टी। गैस की स्थिति को दर्शाने वाले इन मूल्यों को कहा जाता है राज्य पैरामीटर. ये पैरामीटर स्वाभाविक रूप से एक-दूसरे से संबंधित हैं, इसलिए उनमें से एक में बदलाव से दूसरे में बदलाव होता है। इस संबंध को विश्लेषणात्मक रूप से एक फ़ंक्शन के रूप में निर्दिष्ट किया जा सकता है:

वह संबंध जो किसी निकाय के मापदंडों के बीच संबंध प्रदान करता है, कहलाता है स्थिति के समीकरण. इसलिए, यह संबंध एक आदर्श गैस की अवस्था का समीकरण है।

आइए गैस की स्थिति को दर्शाने वाले कुछ राज्य मापदंडों पर विचार करें:

1) दबाव(पी)। गैस में, अणुओं की अराजक गति के परिणामस्वरूप दबाव उत्पन्न होता है, जिसके परिणामस्वरूप अणु एक दूसरे से और कंटेनर की दीवारों से टकराते हैं। बर्तन की दीवार पर अणुओं के प्रभाव के परिणामस्वरूप, अणुओं की ओर से दीवार पर एक निश्चित औसत बल कार्य करेगा डीएफ. आइए मान लें कि सतह क्षेत्र डी एस, तब । इस तरह:

परिभाषा (यांत्रिक): दबाव- यह भौतिक मात्रा, संख्यात्मक रूप से ताकत के बराबर, सतह के प्रति इकाई क्षेत्रफल पर सामान्य रूप से कार्य करना।

यदि बल सतह पर समान रूप से वितरित है, तो। SI प्रणाली में, दबाव 1Pa=1N/m2 में मापा जाता है।

2) तापमान(टी)।

परिभाषा (अनंतिम): तापमानशरीर एक थर्मोडायनामिक मात्रा है जो मैक्रोस्कोपिक प्रणाली के थर्मोडायनामिक संतुलन की स्थिति को दर्शाती है।

थर्मोडायनामिक संतुलन की स्थिति में किसी पृथक प्रणाली के सभी भागों के लिए तापमान समान होता है। अर्थात्, यदि संपर्क करने वाले निकाय एक स्थिति में हैं थर्मल संतुलन, अर्थात। ऊष्मा स्थानांतरण के माध्यम से ऊर्जा का आदान-प्रदान नहीं करते हैं, तो इन निकायों को समान तापमान सौंपा जाता है। यदि, जब निकायों के बीच थर्मल संपर्क स्थापित होता है, तो उनमें से एक गर्मी हस्तांतरण के माध्यम से ऊर्जा को दूसरे में स्थानांतरित करता है, तो पहले शरीर को सौंपा जाता है उच्च तापमानदूसरे से.

शरीर के किसी भी गुण (तापमान हस्ताक्षर) जो तापमान पर निर्भर करता है, का उपयोग तापमान को मापने (मापने) के लिए किया जा सकता है।

उदाहरण के लिए: यदि हम आयतन को तापमान संकेतक के रूप में चुनते हैं और मानते हैं कि आयतन तापमान के साथ रैखिक रूप से बदलता है, तो बर्फ के पिघलने के तापमान को "0" और पानी के उबलने के तापमान को 100° के रूप में चुनते हुए, हमें एक तापमान पैमाना प्राप्त होता है जिसे सेल्सियस पैमाना कहा जाता है। जिसके अनुसार जिस अवस्था में थर्मोडायनामिक निकाय का आयतन V होता है उसे एक तापमान निर्दिष्ट किया जाना चाहिए:

तापमान पैमाने को स्पष्ट रूप से निर्धारित करने के लिए, अंशांकन विधि के अलावा, थर्मोमेट्रिक बॉडी (यानी, माप के लिए चुना गया बॉडी) और तापमान विशेषता की पसंद पर भी सहमत होना आवश्यक है।

ज्ञात दो तापमान तराजू:

1) टी- अनुभवजन्य या व्यावहारिक तापमान पैमाना (डिग्री सेल्सियस)। (हम बाद में इस पैमाने के लिए थर्मोमेट्रिक बॉडी की पसंद और तापमान विशेषता के बारे में बात करेंगे)।

2) टी- थर्मोडायनामिक या निरपेक्ष पैमाना (°K)। यह पैमाना थर्मोडायनामिक बॉडी के गुणों पर निर्भर नहीं करता है (लेकिन इस पर बाद में चर्चा की जाएगी)।

तापमान T, जिसे निरपेक्ष पैमाने पर मापा जाता है, व्यावहारिक पैमाने पर तापमान t से संबंध द्वारा संबंधित होता है

टी = टी + 273,15.

निरपेक्ष तापमान की इकाई को केल्विन कहा जाता है। व्यावहारिक पैमाने पर तापमान को डिग्री में मापा जाता है। सेल्सियस (डिग्री सेल्सियस). डिग्री मान. केल्विन और डिग्री. सेल्सियस समान हैं. 0°K के बराबर तापमान को परम शून्य कहा जाता है, यह t=-273.15°C से मेल खाता है

परिभाषा

आदर्श गैस- यह सर्वाधिक है सरल मॉडलप्रणाली से मिलकर बड़ी मात्राकण.

यह एक गैस है जिसमें ऐसे भौतिक बिंदु होते हैं जिनका द्रव्यमान तो सीमित होता है लेकिन आयतन नहीं होता। ये कण दूर से परस्पर क्रिया नहीं कर सकते। एक आदर्श गैस के कणों के टकराव का वर्णन गोले के बिल्कुल लोचदार टकराव के नियमों का उपयोग करके किया जाता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यह गेंदों के टकराव के नियमों को संदर्भित करता है, क्योंकि बिंदु कण केवल आमने-सामने टकराव का अनुभव करते हैं, जो विभिन्न कोणों पर वेग की दिशा नहीं बदल सकते हैं।

एक आदर्श गैस केवल सिद्धांत में मौजूद होती है। में वास्तविक जीवनयह सैद्धांतिक रूप से अस्तित्व में नहीं हो सकता है, क्योंकि बिंदु अणु और दूरी पर उनकी बातचीत की अनुपस्थिति अंतरिक्ष के बाहर उनके अस्तित्व के अनुरूप है, यानी उनका अस्तित्व नहीं है। आदर्श गैस मॉडल के गुणों में सबसे करीब कम दबाव वाली गैसें (दुर्लभ गैसें) और (या) हैं उच्च तापमान. आदर्श गैस मॉडल मल्टीपार्टिकल सिस्टम के अध्ययन के तरीकों का अध्ययन करने और प्रासंगिक अवधारणाओं से परिचित होने के लिए उपयुक्त है।

टकरावों के बीच के अंतराल में, एक आदर्श गैस के अणु सीधी रेखाओं में चलते हैं। गैस युक्त जहाजों की दीवारों पर टकराव और प्रभाव के नियम ज्ञात हैं। नतीजतन, यदि आप किसी समय में एक आदर्श गैस के सभी कणों की स्थिति और वेग जानते हैं, तो आप किसी अन्य समय पर उनके निर्देशांक और वेग पा सकते हैं। यह जानकारी कण प्रणाली की स्थिति का पूरी तरह से वर्णन करती है। हालाँकि, कणों की संख्या इतनी बड़ी है कि कई कणों की प्रणाली का गतिशील विवरण सिद्धांत के लिए अनुपयुक्त और अभ्यास के लिए बेकार है। इसका मतलब यह है कि कई कणों की प्रणालियों का अध्ययन करने के लिए, जानकारी को सामान्यीकृत किया जाना चाहिए, और इसका श्रेय व्यक्तिगत कणों को नहीं, बल्कि उनके बड़े समुच्चय को दिया जाता है।

आदर्श गैस दबाव

आदर्श गैस मॉडल का उपयोग करके, उस बर्तन की दीवारों पर गैस के दबाव को गुणात्मक और मात्रात्मक रूप से समझाना संभव था जिसमें यह स्थित है। गैस बर्तन की दीवारों पर दबाव डालती है क्योंकि इसके अणु शास्त्रीय यांत्रिकी के नियमों के अनुसार लोचदार निकायों के रूप में दीवारों के साथ बातचीत करते हैं। मात्रात्मक रूप से, एक आदर्श गैस का दबाव (p) बराबर होता है:

गैस अणुओं की स्थानान्तरणीय गति की औसत गतिज ऊर्जा कहाँ है; - गैस अणुओं की सांद्रता (एन - बर्तन में गैस अणुओं की संख्या; वी - बर्तन की मात्रा)।

आदर्श गैस नियम

वे गैसें जो बॉयल-मैरियट और गे-लुसाक नियमों का कड़ाई से पालन करती हैं, आदर्श कहलाती हैं।

बॉयल का नियम - मैरियट। स्थिर तापमान (T) पर एक आदर्श गैस के स्थिर द्रव्यमान (m) के लिए, गैस के दबाव (p) और उसके आयतन (V) का गुणनफल प्रश्न में पदार्थ की किसी भी अवस्था के लिए एक स्थिर मान है:

गे-लुसाक का नियम. स्थिर दबाव पर गैस के स्थिर द्रव्यमान के लिए, निम्नलिखित संबंध होता है:

वास्तविक गैसों के व्यवहार में, बॉयल-मैरियट और गे-लुसाक कानूनों से विचलन देखा जाता है, और ये विचलन अलग-अलग गैसों के लिए अलग-अलग होते हैं।

एक आदर्श गैस के लिए, चार्ल्स का नियम मान्य है। जो कहता है कि गैस के स्थिर द्रव्यमान के लिए, स्थिर आयतन पर, गैस के दबाव और तापमान का अनुपात नहीं बदलता है:

एक आदर्श गैस के मापदंडों को जोड़ने के लिए, अवस्था के समीकरण का अक्सर उपयोग किया जाता है, जिसमें दो वैज्ञानिकों क्लैपेरॉन और मेंडेलीव के नाम शामिल हैं:

कहाँ - दाढ़ जनगैस; - सार्वभौमिक गैस स्थिरांक.

डाल्टन का नियम. मिश्रण का दबाव आदर्श गैसें(पी) विचाराधीन गैसों के आंशिक दबाव () के योग के बराबर है:

इस मामले में, आदर्श गैसों के मिश्रण की अवस्था के समीकरण का रूप (2) होता है, मानो गैस रासायनिक रूप से सजातीय हो।

समस्या समाधान के उदाहरण

उदाहरण 1

व्यायाम	एक आदर्श गैस के स्थिर द्रव्यमान में कौन सी प्रक्रियाएँ ग्राफ़ (चित्र 1) द्वारा दर्शायी जाती हैं?
समाधान	आइए ग्राफ संख्या 1 में दर्शाई गई प्रक्रिया पर विचार करें। हम देखते हैं कि उत्पाद, स्थिति के अनुसार, गैस आदर्श है, गैस का द्रव्यमान स्थिर है, इसलिए, यह एक आइसोथर्मल प्रक्रिया है। आइए दूसरे ग्राफ़ पर चलते हैं। ग्राफ़ से हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि: जहाँ C कुछ स्थिर मान है। अभिव्यक्ति के दाएं और बाएं पक्षों को विभाजित करने पर (1.1) हमारे पास है: हमने पाया कि दबाव लगातार बना हुआ है. चूंकि, हमारे पास एक आइसोबैरिक प्रक्रिया है।
उत्तर	1- इज़ोटेर्मल प्रक्रिया. 2-आइसोबैरिक प्रक्रिया.

उदाहरण 2

व्यायाम	उस प्रक्रिया में आदर्श गैस का दबाव कैसे बदलेगा जिसमें गैस का द्रव्यमान स्थिर है, गैस का आयतन बढ़ गया है और तापमान कम हो गया है?
समाधान	हम समस्या को हल करने के लिए क्लैपेरॉन-मेंडेलीव समीकरण को आधार के रूप में लेंगे:

जैसा कि ज्ञात है, प्रकृति में कई पदार्थ एकत्रीकरण की तीन अवस्थाओं में हो सकते हैं: ठोस तरलऔर गैसीय.

एकत्रीकरण की विभिन्न अवस्थाओं में पदार्थ के गुणों का सिद्धांत भौतिक जगत की परमाणु-आणविक संरचना के बारे में विचारों पर आधारित है। पदार्थ की संरचना का आणविक गतिज सिद्धांत (एमकेटी) तीन मुख्य सिद्धांतों पर आधारित है:

• सभी पदार्थ बने होते हैं छोटे कण(अणु, परमाणु, प्राथमिक कण), जिसके बीच अंतराल हैं;
• कण निरंतर तापीय गति में हैं;
• पदार्थ के कणों के बीच परस्पर क्रिया बल (आकर्षण और प्रतिकर्षण) होते हैं; इन बलों की प्रकृति विद्युत चुम्बकीय है।

मतलब, एकत्रीकरण की अवस्थापदार्थ निर्भर करता है तुलनात्मक स्थितिअणु, उनके बीच की दूरी, उनके बीच परस्पर क्रिया की ताकतें और उनकी गति की प्रकृति।

किसी पदार्थ के कणों के बीच परस्पर क्रिया ठोस अवस्था में सबसे अधिक स्पष्ट होती है। अणुओं के बीच की दूरी लगभग उनके अपने आकार के बराबर होती है। इससे काफी मजबूत अंतःक्रिया होती है, जो व्यावहारिक रूप से कणों को स्थानांतरित करना असंभव बना देती है: वे एक निश्चित संतुलन स्थिति के आसपास दोलन करते हैं। वे अपना आकार और आयतन बरकरार रखते हैं।

द्रवों के गुणों को उनकी संरचना द्वारा भी समझाया जाता है। तरल पदार्थों में पदार्थ के कण इसकी तुलना में कम तीव्रता से परस्पर क्रिया करते हैं एसएनएफ, और इसलिए वे अचानक अपना स्थान बदल सकते हैं - तरल पदार्थ अपना आकार बरकरार नहीं रखते - वे तरल होते हैं। तरल पदार्थ आयतन बनाए रखते हैं।

गैस एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से सभी दिशाओं में अनियमित रूप से घूमने वाले अणुओं का एक संग्रह है। गैसों का अपना कोई आकार नहीं होता, वे उन्हें प्रदान की गई संपूर्ण मात्रा ग्रहण कर लेती हैं और आसानी से संपीड़ित हो जाती हैं।

पदार्थ की एक और अवस्था है - प्लाज्मा। प्लाज्मा आंशिक या पूर्ण रूप से आयनित गैस है जिसमें धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों का घनत्व लगभग बराबर होता है। पर्याप्त तीव्रता से गर्म करने पर कोई भी पदार्थ वाष्पित होकर गैस में बदल जाता है। यदि आप तापमान को और बढ़ाते हैं, तो थर्मल आयनीकरण की प्रक्रिया तेजी से तेज हो जाएगी, यानी, गैस के अणु अपने घटक परमाणुओं में विघटित होने लगेंगे, जो बाद में आयनों में बदल जाएंगे।

आदर्श गैस मॉडल. दबाव और औसत गतिज ऊर्जा के बीच संबंध.

गैसीय अवस्था में किसी पदार्थ के व्यवहार को नियंत्रित करने वाले कानूनों को स्पष्ट करने के लिए, वास्तविक गैसों के एक आदर्श मॉडल पर विचार किया जाता है - एक आदर्श गैस। यह एक गैस है जिसके अणु माने जाते हैं भौतिक बिंदु, दूरी पर एक दूसरे के साथ बातचीत नहीं कर रहे हैं, बल्कि टकराव के दौरान एक दूसरे के साथ और जहाज की दीवारों के साथ बातचीत कर रहे हैं।

आदर्श गैस – यह एक ऐसी गैस है जिसके अणुओं के बीच परस्पर क्रिया नगण्य होती है। (एक>>एर)

एक आदर्श गैस एक मॉडल है जिसका आविष्कार वैज्ञानिकों ने उन गैसों को समझने के लिए किया है जिन्हें हम वास्तव में प्रकृति में देखते हैं। यह किसी भी गैस का वर्णन नहीं कर सकता। यह तब लागू नहीं होता जब गैस अत्यधिक संपीड़ित होती है, जब गैस तरल अवस्था में बदल जाती है। वास्तविक गैसें आदर्श गैसों की तरह व्यवहार करती हैं जब अणुओं के बीच की औसत दूरी उनके आकार से कई गुना बड़ी होती है, यानी। पर्याप्त रूप से बड़े निर्वात पर.

एक आदर्श गैस के गुण:

1. अणुओं के बीच बहुत अधिक दूरी होती है अधिक आकारअणु;
2. गैस के अणु बहुत छोटे होते हैं और लोचदार गेंदें होते हैं;
3. आकर्षण बल शून्य हो जाते हैं;
4. गैस अणुओं के बीच परस्पर क्रिया केवल टकराव के दौरान होती है, और टकराव को बिल्कुल लोचदार माना जाता है;
5. इस गैस के अणु अनियमित रूप से चलते हैं;
6. न्यूटन के नियमों के अनुसार अणुओं की गति।

कुछ द्रव्यमान की अवस्था गैसीय पदार्थएक दूसरे पर निर्भर भौतिक मात्राओं की विशेषता कहलाती है राज्य पैरामीटर.इसमे शामिल है आयतनवी, दबावपीऔर तापमानटी.

गैस की मात्राद्वारा चिह्नित वी. आयतनगैस हमेशा उस कंटेनर के आयतन से मेल खाती है जिसमें वह रहता है। आयतन की एसआई इकाई मी 3.

दबाव– भौतिक मात्रा बल के अनुपात के बराबरएफ, क्षेत्र के लंबवत सतह तत्व पर कार्य करनाएसयह तत्व.

पी = एफ/ एसदबाव की एसआई इकाई पास्कल[पा]

अब तक, दबाव की गैर-प्रणालीगत इकाइयों का उपयोग किया जाता है:

तकनीकी माहौल 1 पर = 9.81-104 पा;

भौतिक वातावरण 1 एटीएम = 1.013-105 पा;

पारा के मिलीमीटर 1 एमएमएचजी कला = 133 पा;

1 एटीएम = = 760 मिमी एचजी। कला। = 1013 एचपीए.

गैस का दबाव कैसे उत्पन्न होता है? प्रत्येक गैस अणु, उस बर्तन की दीवार से टकराता है जिसमें वह स्थित है, थोड़े समय के लिए एक निश्चित बल के साथ दीवार पर कार्य करता है। दीवार पर यादृच्छिक प्रभावों के परिणामस्वरूप, दीवार के प्रति इकाई क्षेत्र के सभी अणुओं द्वारा लगाया गया बल एक निश्चित (औसत) मान के सापेक्ष समय के साथ तेजी से बदलता है।

गैस दाबगैस युक्त बर्तन की दीवारों पर अणुओं के यादृच्छिक प्रभावों के परिणामस्वरूप होता है।

आदर्श गैस मॉडल का उपयोग करके, हम गणना कर सकते हैं बर्तन की दीवार पर गैस का दबाव.

एक बर्तन की दीवार के साथ एक अणु की बातचीत के दौरान, उनके बीच बल उत्पन्न होते हैं जो न्यूटन के तीसरे नियम का पालन करते हैं। परिणामस्वरूप, प्रक्षेपण υ एक्सदीवार के लंबवत आणविक गति इसके संकेत को विपरीत में बदल देती है, और प्रक्षेपण υ यदीवार के समानांतर गति अपरिवर्तित रहती है।

दबाव मापने वाले उपकरण कहलाते हैं दबावमापक यन्त्र।दबाव गेज अपने संवेदनशील तत्व (झिल्ली) या अन्य दबाव रिसीवर के प्रति इकाई क्षेत्र में समय-औसत दबाव बल को रिकॉर्ड करते हैं।

तरल दबाव नापने का यंत्र:

1. खुला - वायुमंडलीय के ऊपर छोटे दबाव को मापने के लिए
2. बंद - वायुमंडलीय के नीचे छोटे दबाव को मापने के लिए, यानी। छोटा निर्वात

धातु दबाव नापने का यंत्र– उच्च दबाव मापने के लिए.

इसका मुख्य भाग एक घुमावदार ट्यूब ए है, जिसका खुला सिरा ट्यूब बी से जुड़ा होता है, जिसके माध्यम से गैस प्रवाहित होती है, और बंद सिरा तीर से जुड़ा होता है। गैस नल और ट्यूब बी के माध्यम से ट्यूब ए में प्रवेश करती है और इसे खोल देती है। ट्यूब का मुक्त सिरा, गतिमान होकर, संचरण तंत्र और सूचक को गति में सेट करता है। पैमाने को दबाव इकाइयों में वर्गीकृत किया गया है।

एक आदर्श गैस के आणविक गतिज सिद्धांत का मूल समीकरण।

मूल एमकेटी समीकरण: एक आदर्श गैस का दबाव अणु के द्रव्यमान, अणुओं की सांद्रता और अणुओं की गति के औसत वर्ग के गुणनफल के समानुपाती होता है

पी= 1/3एम 0· एन·वी 2

एम 0 - एक गैस अणु का द्रव्यमान;

n = N/V - प्रति इकाई आयतन में अणुओं की संख्या, या अणुओं की सांद्रता;

वी 2 - अणुओं की गति की मूल माध्य वर्ग गति।

चूँकि अणुओं की स्थानांतरीय गति की औसत गतिज ऊर्जा E = m 0 *v 2 /2 है, तो मूल MKT समीकरण को 2 से गुणा करने पर, हमें p = 2/3 n (m 0 v 2)/2 = 2/3 प्राप्त होता है ई एन

पी = 2/3 ई एन

गैस का दबाव गैस की एक इकाई मात्रा में निहित अणुओं की स्थानान्तरणीय गति की औसत गतिज ऊर्जा के 2/3 के बराबर है।

चूँकि m 0 n = m 0 N/V = m/V = ρ, जहाँ ρ गैस घनत्व है, हमारे पास है पी= 1/3· ρ·वी 2

संयुक्त गैस कानून.

स्थूल मात्राएँ जो किसी गैस की अवस्था को स्पष्ट रूप से चित्रित करती हैं, कहलाती हैंगैस के थर्मोडायनामिक पैरामीटर।

किसी गैस के सबसे महत्वपूर्ण थर्मोडायनामिक पैरामीटर उसके हैंआयतनवी, दबाव पी और तापमान टी।

गैस की अवस्था में होने वाले किसी भी परिवर्तन को कहा जाता हैथर्मोडायनामिक प्रक्रिया.

किसी भी थर्मोडायनामिक प्रक्रिया में, गैस पैरामीटर जो इसकी स्थिति निर्धारित करते हैं, बदल जाते हैं।

प्रक्रिया के आरंभ और अंत में कुछ मापदंडों के मूल्यों के बीच के संबंध को कहा जाता हैगैस कानून.

तीनों गैस मापदंडों के बीच संबंध व्यक्त करने वाले गैस कानून को कहा जाता हैसंयुक्त गैस कानून.

पी = एनकेटी

अनुपात पी = एनकेटी गैस के दबाव को उसके तापमान और अणुओं की सांद्रता से जोड़कर एक आदर्श गैस का मॉडल प्राप्त किया गया, जिसके अणु एक दूसरे के साथ और बर्तन की दीवारों के साथ केवल लोचदार टकराव के दौरान बातचीत करते हैं। इस संबंध को दूसरे रूप में लिखा जा सकता है, जिससे गैस-आयतन के स्थूल मापदंडों के बीच संबंध स्थापित किया जा सकता है वी, दबाव पी, तापमान टीऔर पदार्थ की मात्रा ν. ऐसा करने के लिए आपको समानताओं का उपयोग करने की आवश्यकता है

जहां n अणुओं की सांद्रता है, N है कुल गणनाअणु, V - गैस का आयतन

तब हमें या मिलता है

चूँकि स्थिर गैस द्रव्यमान पर N अपरिवर्तित रहता है, तो Nk – स्थिर संख्या, मतलब

एक स्थिर गैस द्रव्यमान के लिए, आयतन और दबाव के गुणनफल को विभाजित किया जाता है निरपेक्ष तापमानगैस, एक मान है जो गैस के इस द्रव्यमान की सभी अवस्थाओं के लिए समान है।

गैस के दबाव, आयतन और तापमान के बीच संबंध स्थापित करने वाला समीकरण 19वीं शताब्दी के मध्य में फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी बी. क्लैपेरॉन द्वारा प्राप्त किया गया था और इसे अक्सर कहा जाता है क्लेपरॉन समीकरण.

क्लेपरॉन समीकरण को दूसरे रूप में लिखा जा सकता है।

पी = एनकेटी,

ध्यान में रख कर

यहाँ एन- बर्तन में अणुओं की संख्या, ν - पदार्थ की मात्रा, एन A अवोगाद्रो स्थिरांक है, एम- बर्तन में गैस का द्रव्यमान, एम– गैस का दाढ़ द्रव्यमान. परिणामस्वरूप हमें मिलता है:

एवोगैड्रो के स्थिरांक N A का गुणनफलबोल्ट्ज़मान स्थिरांकk कहा जाता है सार्वभौमिक (मोलर) गैस स्थिरांक और पत्र द्वारा निर्दिष्ट है आर.

SI में इसका संख्यात्मक मान आर= 8.31 जे/मोल के

अनुपात

बुलाया राज्य का आदर्श गैस समीकरण.

हमें जो प्रपत्र प्राप्त हुआ, उसे सबसे पहले डी.आई. मेंडेलीव ने लिखा था। अतः गैस की अवस्था का समीकरण कहलाता है क्लैपेरॉन-मेंडेलीव समीकरण.`

किसी भी गैस के एक मोल के लिए यह संबंध इस प्रकार होता है: पीवी=आरटी

आइए इंस्टॉल करें दाढ़ गैस स्थिरांक का भौतिक अर्थ. आइए मान लें कि तापमान E पर पिस्टन के नीचे एक निश्चित सिलेंडर में 1 मोल गैस है, जिसका आयतन V है। यदि गैस को आइसोबैरिक रूप से (स्थिर दबाव पर) 1 K तक गर्म किया जाता है, तो पिस्टन ऊपर उठ जाएगा ऊँचाई Δh, और गैस का आयतन ΔV बढ़ जाएगा।

आइए समीकरण लिखें पीवी=आरटीगर्म गैस के लिए: p (V + ΔV) = R (T + 1)

और इस समानता से गर्म करने से पहले गैस की स्थिति के अनुरूप समीकरण pV=RT घटाएं। हमें pΔV = R प्राप्त होता है

ΔV = SΔh, जहां S सिलेंडर के आधार का क्षेत्र है। आइए परिणामी समीकरण में स्थानापन्न करें:

पीएस = एफ - दबाव बल।

हम FΔh = R प्राप्त करते हैं, और बल और पिस्टन के विस्थापन का गुणनफल FΔh = A गैस विस्तार के दौरान बाहरी ताकतों के विरुद्ध इस बल द्वारा किया गया पिस्टन को हिलाने का कार्य है।

इस प्रकार, आर = ए.

सार्वभौमिक (मोलर) गैस स्थिरांक संख्यात्मक रूप से 1 मोल गैस द्वारा किए गए कार्य के बराबर होता है जब इसे आइसोबैरिक रूप से 1 K तक गर्म किया जाता है।

जिनमें से एक है गैस. इसके घटक कण - अणु और परमाणु - एक दूसरे से काफी दूरी पर स्थित हैं। साथ ही, वे निरंतर मुक्त गति में हैं। यह गुण इंगित करता है कि कणों की परस्पर क्रिया केवल दृष्टिकोण के क्षण में होती है, जिससे टकराने वाले अणुओं की गति और उनके आकार में तेजी से वृद्धि होती है। यह किसी पदार्थ की गैसीय अवस्था को ठोस और तरल से अलग करता है।

ग्रीक से अनुवादित "गैस" शब्द स्वयं "अराजकता" जैसा लगता है। यह कणों की गति को पूरी तरह से चित्रित करता है, जो वास्तव में यादृच्छिक और अराजक है। गैस एक विशिष्ट सतह नहीं बनाती है; यह उसके लिए उपलब्ध संपूर्ण आयतन को भर देती है। पदार्थ की यह अवस्था हमारे ब्रह्माण्ड में सबसे आम है।

ऐसे पदार्थ के गुणों और व्यवहार को निर्धारित करने वाले कानूनों को उस स्थिति के उदाहरण का उपयोग करके तैयार करना और विचार करना सबसे आसान है जिसमें अणु और परमाणु कम होते हैं। इसे "आदर्श गैस" कहा जाता था। इसमें कणों के बीच की दूरी अंतर-आणविक बलों की परस्पर क्रिया की त्रिज्या से अधिक होती है।

तो, एक आदर्श गैस पदार्थ का एक सैद्धांतिक मॉडल है जिसमें कणों के बीच लगभग कोई बातचीत नहीं होती है। इसके लिए निम्नलिखित शर्तें मौजूद होनी चाहिए:

बहुत छोटे आणविक आकार.

उनके बीच कोई अंतःक्रिया बल नहीं है।

टकराव लोचदार गेंदों के टकराव की तरह होते हैं।

पदार्थ की ऐसी अवस्था का एक अच्छा उदाहरण गैसें हैं जिनमें कम तापमान पर दबाव वायुमंडलीय दबाव से 100 गुना अधिक नहीं होता है। उन्हें डिस्चार्ज माना जाता है.

"आदर्श गैस" की अवधारणा ने विज्ञान को एक आणविक गतिज सिद्धांत बनाने में सक्षम बनाया है, जिसके निष्कर्षों की पुष्टि कई प्रयोगों में की गई है। इस सिद्धांत के अनुसार, आदर्श गैसों को शास्त्रीय और क्वांटम के बीच प्रतिष्ठित किया जाता है।

पहले की विशेषताएं शास्त्रीय भौतिकी के नियमों में परिलक्षित होती हैं। इस गैस में कणों की गति एक-दूसरे पर निर्भर नहीं होती है; दीवार पर लगाया गया दबाव उन आवेगों के योग के बराबर होता है, जो टकराव के दौरान, एक निश्चित समय में व्यक्तिगत अणुओं द्वारा प्रेषित होते हैं। उनकी कुल ऊर्जा व्यक्तिगत कणों की होती है। इस मामले में एक आदर्श गैस के कार्य की गणना p = nkT की जाती है। एक ज्वलंत उदाहरणयह बॉयल-मैरियट, गे-लुसाक, चार्ल्स जैसे भौतिकविदों द्वारा प्राप्त कानूनों पर आधारित है।

यदि एक आदर्श गैस अपना तापमान कम कर देती है या अपने कण घनत्व को एक निश्चित मूल्य तक बढ़ा देती है, तो इसकी तरंग गुण बढ़ जाते हैं। एक क्वांटम गैस में संक्रमण होता है, जिसमें परमाणु और अणु उनके बीच की दूरी के बराबर होते हैं। आदर्श गैस दो प्रकार की होती है:

बोस और आइंस्टीन की शिक्षा: एक ही प्रकार के कणों में एक पूर्णांक स्पिन होता है।

फर्मी और डिराक आँकड़े: एक अन्य प्रकार के अणु जिनमें अर्ध-पूर्णांक स्पिन होता है।

शास्त्रीय आदर्श गैस और क्वांटम गैस के बीच अंतर यह है कि बिल्कुल शून्य तापमान पर भी ऊर्जा घनत्व और दबाव शून्य से भिन्न होता है। घनत्व बढ़ने पर वे बड़े हो जाते हैं। इस स्थिति में, कणों में अधिकतम (दूसरा नाम सीमा है) ऊर्जा होती है। इस दृष्टिकोण से, तारों की संरचना के सिद्धांत पर विचार किया जाता है: उनमें से जिनका घनत्व 1-10 किग्रा/सेमी3 से अधिक है, उनमें इलेक्ट्रॉनों का नियम स्पष्ट रूप से व्यक्त किया जाता है। और जहां यह 109 किग्रा/सेमी3 से अधिक हो जाता है, पदार्थ न्यूरॉन्स में बदल जाता है।

धातुओं में, उस सिद्धांत का उपयोग जिसमें एक शास्त्रीय आदर्श गैस एक क्वांटम में बदल जाती है, पदार्थ की अधिकांश स्थिति को समझाना संभव बनाता है: कण जितना सघन होगा, वह आदर्श के उतना ही करीब होगा।

जोरदार तरीके से व्यक्त किया गया कम तामपान विभिन्न पदार्थतरल में और ठोस अवस्थाएँअणुओं की सामूहिक गति को कमजोर उत्तेजनाओं द्वारा दर्शाई गई एक आदर्श गैस का कार्य माना जा सकता है। ऐसे मामलों में, कण शरीर की ऊर्जा में जो योगदान जोड़ते हैं वह दिखाई देता है।