Согласно МКТ все тела состоят из атомов или молекул, находящихся в состоянии непрерывного теплового движения.
Тепловое движение молекул газа можно характеризовать кинетической энергией поступательного движения молекулы
.
Из опыта установлено, что при тепловом контакте выравнивается со временем, т.е. молекулы более нагретого газа теряют при соударении энергию, а менее нагретые приобретают её, пока средняя кинетическая энергия всех молекул газа не сравняется. Следовательно, газа может однозначно определить степень нагретости газа и определить направление перехода от более нагретого к менее нагретому телу, но исторически в ранней ТД использовалась мера нагретости тел – температура.
Методами статической физики можно показать, что
-постоянная Больцмана.
В системе СИ температура тела измеряется в градусах по Кельвину в так называемой абсолютной шкале температур, по которой температуру полного замерзания молекул .
На практике часто используют шкалу температур по Цельсию.
Из этого следует формула связи шкал температур:
.
Температура является одной из макроскопических параметров тел.
Давление – другой макроскопический параметр.
Давление газа определяется как отношение силы, с которой он давит на стены сосудов, к площади силы.
Наряду с системной применяются внесистемные единицы давления.
Объём – третий макроскопический параметр.
Газ занимает полный объём сосуда, ему предоставляемый.
Уравнение, связывающее все три параметра: давление, объём, температуру, называется уравнением состояния газа:
.
§22. Уравнение состояния идеального газа.
Уравнение Дальтона
Уравнение, связывающее все три параметра: давление, объём, температуру, называется уравнением состояния газа:
.
Идеальный газ – некая абстракция, под которой понимают следующую модель: размерами молекул газа можно пренебречь по сравнению с расстоянием между ними, силами межмолекулярного взаимодействия можно пренебречь, исключая процессы соударения между ними, как абсолютно упругими шариками.
Пусть идеальный газ находится в сферическом сосуде радиуса R. Найдём давление, которое газ оказывает на стенки сосуда.
Молекула с номером i, массой движется со скоростью ударяется о стенку в т.А абсолютно упруго, передаёт стенке импульс, равный . |
Время между соударениями молекул равно: , тогда средняя сила действующая на стенку со стороны i-той молекулы:
, а сила действия со стороны всех молекул газа равна: .
Давление же будет
Учитывая, что , получим
- концентрация молекул в единице объёма.
- основное уравнение МКТ.
Учитывая, что , получим
- основное уравнение состояния идеального газа.
Представив, что ,
- универсальная газовая постоянная, получим уравнение Клапейрона-Менделеева
- уравнение состояния идеального газа.