Связь с другими законами состояния идеального газа
Распределение Больцмана
Основная статья: распределение Больцмана
Распредление скоростей для 106 молекул кислорода при -100, 20, 600 градусах Цельсия
Равновесное распределение частиц классического идеального газа по состояниям следует из уравнения Менделеева — Клапейрона, из которого можно вывести распределение газа в поле потенциальной энергии. Это распределение приводит к распределению Больцмана:
где — среднее число частиц, находящихся в -ом состоянии с энергией , а константа определяется условием нормировки:
где — полное число частиц.
Распределение Больцмана является предельным случаем (квантовые эффекты пренебрежимо малы) распределений Ферми — Дирака и Бозе — Эйнштейна, и, соответственно, классический идеальный газ является предельным случаем Ферми-газа и Бозе-газа.
Адиабатический процесс
График адиабаты (жирная линия) на диаграмме для газа.
— давление газа;
— объём.
Основная статья: адиабатический процесс
C помощью модели идеального газа можно предсказать изменение параметров состояния газа при адиабатическом процессе. Перепишем уравнение в виде:
Продифференцировав обе части, получаем:
Затем, если подставить в это уравнение значение работы и внутренней энергии газа, получим Уравнение Пуассона.
Билет 17 Уравнение состояния идеального газа (иногда уравнение Клапейрона или уравнение Менделеева — Клапейрона) — формула, устанавливающая зависимость между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой идеального газа. Уравнение имеет вид:
,
где
· — давление,
· — молярный объём,
· — универсальная газовая постоянная
· — абсолютная температура, К.
Так как , где — количество вещества, а , где — масса, — молярная масса, уравнение состояния можно записать:
Эта форма записи носит имя уравнения (закона) Менделеева — Клапейрона.
Уравнение, выведенное Клапейроном, содержало некую неуниверсальную газовую постоянную , значение которой необходимо было измерять для каждого газа:
Менделеев же обнаружил, что прямо пропорциональна , коэффициент пропорциональности он назвал универсальной газовой постоянной.
Связь с другими законами состояния идеального газа
В случае постоянной массы газа уравнение можно записать в виде:
Последнее уравнение называют объединённым газовым законом. Из него получаются законы Бойля — Мариотта, Шарля и Гей-Люссака:
— закон Бойля — Мариотта.
— Закон Гей-Люссака.
— закон Шарля (второй закон Гей-Люссака, 1808 г.)
А в форме пропорции этот закон удобен для расчёта перевода газа из одного состояния в другое.
Билет 18) Молекулярно-кинетическая теория (сокращённо МКТ) — теория, возникшая в XIX веке и рассматривающая строение вещества, в основном газов, с точки зрения трёх основных приближенно верных положений:
· все тела состоят из частиц: атомов, молекул и ионов;
· частицы находятся в непрерывном хаотическом движении (тепловом);
· частицы взаимодействуют друг с другом путём абсолютно упругих столкновений.
МКТ стала одной из самых успешных физических теорий и была подтверждена целым рядом опытных фактов. Основными доказательствами положений МКТ стали:
· Диффузия
· Броуновское движение
· Изменение агрегатных состояний вещества