الغاز المثالي: المفهوم والخصائص والتمارين

غازمثالي هو واحد حيث الاصطدامات بين الجسيمات مرنة تمامًا. بين جسيماته ، لا يوجد أي نوع من التفاعل ، مثل القوات جذابة أو مثيرة للاشمئزاز ، علاوة على ذلك ، فإن هذه الجسيمات لا تشغل حيزًا.

وفقا ل النظرية الحركية للغازات، الحالة الديناميكية الحرارية للغاز المثالي موصوفة بالكامل بواسطة متغيرات الضغطوالحجم و درجة الحرارة.

نظرةأيضا: قياس السعرات الحرارية: الخريطة الذهنية والصيغ والتمارين التي تم حلها

مفهوم الغاز المثالي

تتكون الغازات المثالية حصريًا من حبيباتفيأبعادمنضبط (بحجم ضئيل) الموجودة في حركةفوضوية قيد التشغيل عالي● السرعة. في هذا النوع من الغاز ، تكون درجة الحرارة وسرعة ترجمة الجزيئات متناسبة.

نظرًا لعدم وجود تفاعل بين جزيئات الغاز المثالي ، فإن الطاقة الداخلية من هذا الغاز دائمًا يساوي مجموع الطاقة الحركية من كل الجسيمات التي تتكون منه.

يتكون الغاز المثالي من جزيئات نقطية تتصادم بمرونة مع بعضها البعض.

مهما كانت الغازات المثالية ، فستظل دائمًا متشابهة عددفيحبيبات لنفس الحجم. كتلتها ، بدورها ، سوف تعتمد مباشرة على الخاص بك الكتلة المولية (يقاس بالجرام / مول) ، بالإضافة إلى ذلك ، 1 مول من الغاز المثالي (حوالي 6.0.10²³ الجزيئات) ستشغل دائمًا أ حجم يساوي 22.4 لتر.

أنت غازاتحقيقة، حيث يوجد حدوث الاصطداماتغير مرن بين الجسيمات ، يقترب جدًا من سلوك الغازات المثالية في أنظمة الضغط المنخفض ودرجات الحرارة المرتفعة. من قبيل الصدفة ، في ظل الظروف العادية للضغط ودرجة الحرارة على الأرض (25 درجة مئوية و 1 ضغط جوي) ، فإن معظم تتصرف الغازات مثل الغازات المثالية ، وهذا يسهل حساب التنبؤات حول السلوك الديناميكي الحراري هم.

بعض الغازات ، مثل بخار الماء، وهو مخفف في غاز الغلاف الجويلايمكن اعتبارها غازات مثالية بل نعم غازاتحقيقة. هذه الغازات لها تفاعلات كبيرة بين جزيئاتها ، والتي يمكن تكثف، مما تسبب لهم سائل إذا كان هناك واحد انخفاض درجة الحرارة.

خصائص الغازات المثالية

تحقق من ذلك في نبذة مختصرةبعض خصائص الغازات المثالية:

• في نفوسهم تحدث فقط تصادمات مرنة تمامًا بين الجسيمات ؛
• في نفوسهم لا توجد تفاعلات بين الجسيمات.
• فيها الجسيمات لها أبعاد ضئيلة ؛
• 1 مول من الغاز المثالي يشغل حجم 22.4 لترًا ، بغض النظر عن ماهية الغاز ؛
• تتصرف الغازات الحقيقية مثل الغازات المثالية عندما تكون تحت ضغط منخفض وأنظمة درجات حرارة عالية ؛
• تتصرف معظم الغازات بشكل مشابه للغازات المثالية.

قانون الغاز المثالي

دراسة الغازات التي طورها العلماء تشارلزبويلجوزيفلويسمثلي الجنس لوساك و روبرتبويل أدى إلى ظهور ثلاثة قوانين تجريبية، تستخدم لشرح سلوك الغازات المثالية في أنظمة درجة الحرارة, الضغط و أربعة حجمالخامسالثوابت على التوالى.

شكلت هذه القوانين معًا الأساس الضروري لظهور قانون الغاز المثالي، والتي تتعلق ب الحالة الديناميكية الحرارية الأولية للغاز، التي تحددها الكميات P.₁، ت₁ و V.₁، مع الخاص بك الحالة الديناميكية الحرارية النهائية (ص₂، الخامس₂ و ت₂) ، بعد أن عانى البعض تحويل الغاز.

تفحص ال معادلة من قانون الغاز العام:

ينص قانون الغاز العام على أن منتج يعطي الضغط الفراء أربعة حجمالخامسمنغاز، مقسومًا على درجة الحرارة الديناميكية الحرارية ، بوحدة كلفن ، يساوي ثابتًا. هذا الثابت ، بدوره ، موصوف بواسطة معادلة كلابيرون، يشاهد:

لا - عدد الشامات (مول)

ص - الثابت العام للغازات الكاملة (0.082 atm.l / mol. كلفن أو 8.31 جول / مول. ك)

في الصيغة ، ص هو الضغط الذي يمارسه الغاز ، الخامس هو الحجم الذي يشغله هذا الغاز ، و تي هي درجة الحرارة مقاسة بوحدة كلفن. عظمة لا يشير إلى عدد الشامات ، بينما ص هو الثابت العالمي للغازات المثالية ، والذي يقاس غالبًا بوحدات atm.l / mol. ك أو في J / مول. K ، هذا الأخير يتم اعتماده من قبل SI.

نظرةأيضا:ما هي الرياح الشمسية وكيف تؤثر على الغلاف الجوي للأرض؟

الطاقة الداخلية للغاز المثالي

ال طاقةداخلي من الغازات المثالية يمكن حسابها باستخدام المنتج بين ثابتفيبولتزمان ودرجة الحرارة الديناميكية الحرارية ، لاحظ:

ك_ب - ثابت بولتزمان (ك_ب = 1,38.10-²³ ي / ك)

من العلاقة السابقة التي تسمح لنا بحساب متوسط ​​الطاقة الحركية من جزيئات الغاز المثالي ، نرسم الصيغة التالية ، والتي يمكن استخدامها لحساب ماهية يعني السرعة المربعة للجزيئات من غاز مثالي ، لدرجة حرارة معينة T ، لاحظ:

م - الكتلة المولية (جم / مول)

تسمح لك هذه الصيغة برؤية ملف إضافةفيدرجة الحرارة للغاز المثالي يؤدي إلى زيادة في متوسط ​​السرعة التربيعية للجسيمات.

تعرف أكثر:اكتشف ما هو الضوء وما هي خصائصه

تمارين محلولة على الغازات المثالية

السؤال رقم 1) تم العثور على مولين من الغاز المثالي ، عند ضغط 1 ضغط جوي ، عند درجة حرارة 227 درجة مئوية. احسب باللتر الحجم الذي يشغله هذا الغاز.

البيانات: R = 0.082 atm.l / mol. ك

أ) 75 لتر

ب) 82 لتر

ج) 15 لتر

د) 27 لتر

ه) 25 لتر

قالب: حرف الباء

القرار:

لحساب حجم هذا الغاز ، سنستخدم معادلة كلابيرون ، ومع ذلك ، قبل إجراء الحساب ، من الضروري تحويل درجة حرارة 227 درجة مئوية إلى كلفن. لهذا نضيف العامل 273 إلى درجة الحرارة هذه ، مما ينتج عنه درجة حرارة 500 كلفن.

وفقًا للقرار ، يبلغ الحجم الذي يشغله الغاز 82 لترًا.

السؤال 2) يحتل الغاز المثالي حجمًا 20 لترًا ، عندما يتعرض لضغط 3 ضغط جوي ، بحيث تظل درجة حرارته ثابتة ، بينما يتضاعف حجمه ثلاث مرات. احسب الضغط النهائي لهذا الغاز بعد أن يمر بهذا التحول.

أ) 1 أجهزة الصراف الآلي

ب) 3 أجهزة الصراف الآلي

ج) 5 أجهزة الصراف الآلي

د) 8 أجهزة الصراف الآلي

ه) 9 أجهزة الصراف الآلي

قالب: الحرف ا

القرار:

لحل هذا التمرين ، سنستخدم القانون العام للغازات ، لاحظ:

لإجراء الحساب ، كان من الضروري تخصيص حجم 60 لترًا للغاز ، حيث تضاعف حجمه ثلاث مرات أثناء التحويل.

بقلم رافائيل هيلربروك
مدرس الفيزياء