גז אידיאלי: קונספט, מאפיינים ותרגילים

גַזאִידֵאָלִי הוא זה שבו ה- התנגשויות בין החלקיקים הם אלסטיים לחלוטין. בין החלקיקים שלו, אין שום סוג של אינטראקציה כמו כוחות אטרקטיבי או דוחה, יתר על כן, חלקיקים אלה אינם תופסים מקום.

על פי תיאוריה קינטית של גזים, המצב התרמודינמי של גז אידיאלי מתואר לחלוטין על ידי המשתנים של לַחַץ, נפח ו טֶמפֶּרָטוּרָה.

תראהגַם: קלורימטריה: מפת חשיבה, נוסחאות ותרגילים נפתרים

מושג גז אידיאלי

גזים אידיאליים מורכבים אך ורק מ חלקיקיםבממדיםדייקן (בגודל זניח) שנמצאים ב תְנוּעָהתוהו ובוהו דולק גָבוֹהַמְהִירוּת. בסוג זה של גז הטמפרטורה ומהירות התרגום של החלקיקים הם פרופורציונליים.

מכיוון שאין אינטראקציה בין חלקיקי הגז האידיאלי, ה- אנרגיה פנימית של הגז הזה תמיד שווה לסכום של אנרגיה קינטית מכל החלקיקים המהווים אותו.

הגז האידיאלי נוצר על ידי חלקיקי נקודה המתנגשים זה בזה בצורה אלסטית.

יהיו הגזים האידיאליים אשר יהיו, תמיד יהיה להם אותו הדבר מספרבחלקיקים לאותו נפח. המסה שלהם, בתורם, תהיה תלויה ישירות שלך מסה מולארית (נמדד ב g / mol), בנוסף, 1 שומה של גז אידיאלי (בערך 6.0.10²³ חלקיקים) תמיד יתפוס א נפח השווה ל 22.4 ליטר.

אתה

גזיםאמיתי, איפה שיש התרחשות של התנגשויותלא אלסטי בין החלקיקים, מתקרבים מאוד להתנהגות הגזים האידיאליים בתוך משטרי לחץ נמוך וטמפרטורה גבוהה. באופן מקרי, בתנאים רגילים של לחץ וטמפרטורה על פני כדור הארץ (25 מעלות צלזיוס ו -1 כספומט), רובם גזים מתנהגים כמו גזים אידיאליים, וזה מקל על חישוב התחזיות לגבי התנהגות תרמודינמית שֶׁלָהֶם.

יש גזים, כמו אדי מים, אשר מדולל ב גז אטמוספרי, לא יכול להיחשב גזים אידיאליים אבל כן גזיםאמיתי. לגזים אלה יש אינטראקציות משמעותיות בין החלקיקים שלהם, שיכולים לִדחוֹס, גורם להם לְנַזֵל, אם יש כזה ירידת טמפרטורה.

מאפייני גזים אידיאליים

בדוק את זה בשעה תַקצִיר, כמה מאפיינים של גזים אידיאליים:

• בהם מתרחשים רק התנגשויות אלסטיות לחלוטין בין חלקיקים;
• בהם אין אינטראקציות בין חלקיקים;
• בהם לחלקיקים יש ממדים זניחים;
• שומה אחת של גז אידיאלי תופסת נפח של 22.4 ליטר, ללא קשר למה הגז;
• גזים אמיתיים מתנהגים כמו גזים אידיאליים כאשר הם נמצאים תחת לחץ נמוך וטמפרטורות גבוהות;
• מרבית הגזים מתנהגים באופן דומה לגזים האידיאליים.

חוק הגז האידיאלי

חקר הגזים שפיתחו חוקרים צ'ארלסבויל,יוסףלואיהומו-לוסאק ו רוברטבויל הוביל להופעתו של שלושה חוקים אמפיריים, המשמש להסבר התנהגותם של גזים אידיאליים במשטרים של טֶמפֶּרָטוּרָה, לַחַץ ו כרךקבועים, בהתאמה.

יחד היוו חוקים אלה את הבסיס ההכרחי להופעתו של חוק הגז האידיאלי, המתייחס ל מצב תרמודינמי ראשוני של גז, מוגדרים על ידי הכמויות P₁, ת₁ ו- V.₁, איתך מצב תרמודינמי סופי (עמ '₂, ו₂ ו- ת₂לאחר סבל שינוי גז.

בדוק את נוּסחָה לחוק הגז הכללי:

חוק הגז הכללי קובע כי מוצר נותן לַחַץ פרווה כרךשֶׁלגַז, מחולק בטמפרטורה התרמודינמית, בקלווין, שווה לקבוע. קבוע זה, בתורו, מתואר על ידי משוואת clapeyron, שעון:

לא - מספר שומות (mol)

ר - קבוע אוניברסלי של גזים מושלמים (0.082 atm.l / mol. K או 8.31 J / mol. K)

בנוסחה, פ האם הלחץ שמופעל על ידי הגז, ו הוא הנפח שתופס הגז הזה, ו ט היא הטמפרטורה, נמדדת בקלווין. הגדולה לא מתייחס למספר השומות, ואילו ר הוא הקבוע האוניברסלי של גזים אידיאליים, אשר נמדד לעיתים קרובות ביחידות atm.l / mol. K או ב- J / mol. K, האחרון מאומץ על ידי סִי.

תראהגַם:מהי רוח השמש וכיצד היא משפיעה על האטמוספירה של כדור הארץ?

אנרגיה פנימית של גז אידיאלי

ה אֵנֶרְגִיָהפְּנִימִי של גזים אידיאליים ניתן לחשב באמצעות המוצר בין קָבוּעַבבולצמן והטמפרטורה התרמודינמית, שימו לב:

ק_ב - קבוע בולצמן (ק_ב = 1,38.10-²³ J / K)

מהקשר הקודם, המאפשר לנו לחשב את אנרגיה קינטית ממוצעת מחלקיקי הגז האידיאלי אנו מציירים את הנוסחה הבאה, בה ניתן לחשב מה ממוצע מהירות מרובעת של מולקולות של גז אידיאלי לטמפרטורה נתונה T, שימו לב:

M - מסת טוחנת (גרם / מול)

נוסחה זו מאפשרת לך לראות כי א חיבורבְּ-טֶמפֶּרָטוּרָה של גז אידיאלי מביא לעלייה במהירות המרובעת הממוצעת של החלקיקים.

יודע יותר:גלה ממה עשוי האור ומה מאפייניו

תרגילים נפתרו על גזים אידיאליים

שאלה 1) שתי שומות של גז אידיאלי, ולחץ של 1 אטום, נמצאות בטמפרטורה של 227 מעלות צלזיוס. חישב, בנפח ליטר, את נפח הגז הזה.

נתונים: R = 0.082 atm.l / mol. ק

א) 75 ליטר

ב) 82 ליטר

ג) 15 ליטר

ד) 27 ליטר

ה) 25 ליטר

תבנית: אות ב '

פתרון הבעיה:

כדי לחשב את נפח הגז הזה, נשתמש במשוואת Clapeyron, אולם לפני שנבצע את החישוב יש להפוך את הטמפרטורה של 227 ° C לקלווין. לשם כך אנו מוסיפים את הגורם 273 לטמפרטורה זו, וכתוצאה מכך טמפרטורה של 500 ק.

על פי ההחלטה, נפח הגז הוא 82 ליטר.

שאלה 2) גז אידיאלי תופס נפח של 20 ליטר, כאשר הוא נתון ללחץ של 3 אטמ ', כך שהטמפרטורה שלו נשארת קבועה, בעוד נפחו משולש. חשב את הלחץ הסופי של הגז הזה לאחר שהוא עבר את השינוי הזה.

א) כספומט אחד

ב) 3 כספומטים

ג) 5 כספומטים

ד) 8 כספומטים

ה) 9 כספומטים

תבנית: מכתב

פתרון הבעיה:

כדי לפתור תרגיל זה, נשתמש בחוק הכללי של גזים, שימו לב:

לצורך ביצוע החישוב היה צורך להקצות לגז נפח של 60 ליטר, מכיוון שנפחו נפגש פי שלושה במהלך הטרנספורמציה.

מאת רפאל הלרברוק
מורה לפיזיקה