§8. Газ заңдары. Изопроцестер

 

          Термодинамикалық процесс деп қарастырылатын термодинамикалық жүйенің  параметрлерінің өзгеруімен сипатталатын  жүйенің күйінің өзгеруін айтады.

          Берілген жағдайда атомдарының арасындағы өзара әсерлесу күші елеусіз аз болатын газды идеал газ деп атайды.

          Қалыпты жағдайдағы газдарды идеал газ деп есептеуге болады. Термодинамикалық параметрлер арасындағы байланысты анықтайтын теңдеуді күй теңдеуі деп атайды.

.

1.     Изотермиялық процесс:

Тұрақты температурада өтетін процесс изотермиялық процесс деп аталады.

.

Изотермиялық процесті сипаттайтын заңды ағылшын ғалымы Бойль мен француз ғалымы Мариот  бір-бірінен тәуелсіз, тәжірибе жүзінде алды. Сондықтан бұл заң Бойль-Мариот заңы деп аталады.

          Берілген газдың массасы үшін тұрақты температурада газ қысымының көлемге көбейтіндісі тұрақты болады.

   немесе 

 

 

          Изотермиялық процесті сипаттайтын графикті изотерма деп атайды. Графикте Т1<Т2.

2.     Изобаралық процесс:

Тұрақты қысымда өтетін процесс изобаралық процесс деп аталады.

.

Изобаралық процесті сипаттайтын заңды француз ғалымы Гей-Люссак тәжірибе жүзінде алды. Сондықтан бұл заң  Гей-Люссак заңы деп аталады.

Берілген газдың массасы үшін тұрақты қысымда газ көлемінің температураға қатынасы тұрақты болады.

 

  немесе   .

Гей-Люссак заңын Цельсий шкаласындағы температураны пайдаланып келесі түрде жазылады:

            

мұндағы:  -  температурадағы газ көлемі,  -  температурадағы газ көлемі,  - газ көлемінің  ұлғаюының температуралық коэффициенті.

 

Изобаралық процесті сипаттайтын графикті изобара деп атайды. Графикте р1<р2.

3.     Изохоралық процесс:

Тұрақты көлемде өтетін процес изохоралық процесс деп аталады.

.

Изохоралық процесті сипаттайтын заңды француз ғалымы Шарль тәжірибе жүзінде алды. Сондықтан бұл заң  Шарль заңы деп аталады.

Берілген газдың массасы үшін тұрақты көлемде газ қысымының температураға қатынасы тұрақты болады.

 

немесе .                 

Шарль заңын Цельсий шкаласындағы температураны пайдаланып келесі түрде жазылады:

,

мұндағы:  -  температурадағы газ қысымы,  -  температурадағы газ қысымы,  - газ қысымының температуралық коэффициенті.

 

 

Изохоралық процесті сипаттайтын графикті изохора деп атайды. Графикте V1<V2.

 

 

8.1.Авогадро заңы

          Температуралары және қысымдары бірдей кез-келген газдардың бір молінің көлемдері  де  бірдей болады.

Қалыпты жағдайда () кез-келген газдың 1 м3 көлемінде  молекула болады. Бұл сан Лошмидт саны деп аталады.

8.2.Клапейрон теңдеуі

1834 жылы француз ғалымы Клапейрон Бойль-Мариот және Гей-Люссак заңдарын біріктіре отырып, (р,Т,V) параметрлерінің үшеуі де өзгергенде жүретін процестерді сипаттайтын теңдеуді алды. Бұл теңдеу Клапейрон теңдеуі деп аталады.

 

8.3.Идеал газ күйінің теңдеуі

Орыс ғалымы Д.И. Менделеев Клайперон және Авогадро заңдарын біріктіре отырып идеал газ күйінің теңдеуін алды:

 

 

мұндағы: R-универсал газ тұрақтысы, R= 8,31 Дж/(моль·К).

Бұл теңдеу кейде Менделеев-Клапейрон теңдеуі деп аталады.

 

8.4.Дальтон заңы

Қоспа газдардың қысымы Дальтон заңының көмегімен анықталады:

Қоспа газдардың қысымы  қоспаны құрайтын жеке газдардың парциаль қысымдарының қосындысына тең болады:

 

 

Парциаль қысым деп қоспадағы басқа газдардың қысымын ескермеген жағдайдағы жеке газдардың түсіретін қысымын айтады.

Қоспа газдарға Менделеев-Клапейрон теңдеуін қолдануға болады.

 

мұндағы: - қоспа газдың толық массасы,  - қоспа газдың зат мөлшері,  қоспа газдың мольдік массасы, - қоспа газдағы жеке газдардың үлесі.

 

Бақылау сұрақтары

1.     Молекулалық физика және термодинамикада макроскопиялық

     жүйелердің қасиеттерін зерттегенде қандай әдістер қолданылады?

2.  Идеал газдың анықтамасын беріңіз.

3.  Моль дегеніміз не? Мольдік масса қалай анықталады?

4.  Газдардың күйлері қандай шамалармен (параметрлермен) анықталады?

5.  Изопроцестерді атаңыз.

6.  Изотермиялық, изобаралық және изохоралық процестер қандай

     заңдармен сипатталады?

7.  Қоспа газдардың парциаль қысымы дегеніміз не?

8.  Дальтон заңын беріңіз.

9.  Идеал газ күйінің теңдеуін беріңіз.

10. Газдың термодинамикалық температурасы 255 К. Оның Цельсий

      шкаласы бойынша температурасы қандай?