Gaz doskonały. Ciśnienie, objętość i temperatura
Gaz można sprężyć, rozprężyć lub ogrzać. Jego ciśnienie zależy od wszystkich tych zmian, dlatego samo stwierdzenie „temperatura rośnie” nie mówi jeszcze, co stanie się z ciśnieniem. Trzeba określić także objętość i ilość gazu.
W tym materiale
Gaz można sprężyć, rozprężyć lub ogrzać. Jego ciśnienie zależy od wszystkich tych zmian, dlatego samo stwierdzenie „temperatura rośnie” nie mówi jeszcze, co stanie się z ciśnieniem. Trzeba określić także objętość i ilość gazu.
Potrzebne wiadomości: Ciśnienie, objętość, temperatura bezwzględna i pojęcie mola.
Równanie stanu
Model gazu doskonałego opisuje zależność:
pV=nRT.
p oznacza ciśnienie bezwzględne, V — objętość, n — liczbę moli, T — temperaturę w kelwinach, a R — stałą gazową. W obliczeniach przyjmujemy R = 8,314 J/(mol·K). Po lewej stronie mamy Pa·m³ = J, po prawej również dżule.
W modelu pomijamy objętość własną cząsteczek i oddziaływania między nimi poza zderzeniami. Jest to użyteczne przybliżenie dla dostatecznie rozrzedzonego gazu, z dala od skraplania. Nie jest dokładnym opisem każdej substancji w każdym stanie.
Porównanie dwóch stanów
Jeżeli gaz nie wpływa do układu i z niego nie wypływa, n pozostaje stałe. Wtedy:
\frac{p_1V_1}{T_1}=\frac{p_2V_2}{T_2}.
Przy stałej temperaturze otrzymujemy pV = const. Przy stałej objętości — p/T = const, a przy stałym ciśnieniu — V/T = const. Nie trzeba zapamiętywać tych przypadków jako niezwiązanych ze sobą wzorów: każdy wynika z tego samego równania po wskazaniu wielkości stałych.
Przykład i częsty błąd
Gaz w sztywnym naczyniu ma początkowo temperaturę 300 K i ciśnienie 100 kPa. Ogrzanie do 450 K przy niezmienionej ilości gazu daje p₂ = 100 · 450/300 = 150 kPa. Temperatura wzrosła 1,5 raza i ciśnienie również.
Nie wolno natomiast uznać, że wzrost temperatury od 20°C do 40°C jest jej podwojeniem. Temperatury bezwzględne wynoszą 293,15 K i 313,15 K. W równaniu stanu używamy także ciśnienia bezwzględnego, nie samego wskazania manometru względem atmosfery.
Równanie stanu łączy stany równowagi, ale samo nie określa ciepła i pracy w procesie. Do tego potrzebna jest informacja o sposobie przemiany. Zadania o ogrzewaniu zamkniętego naczynia są tutaj modelami rachunkowymi, a nie instrukcją wykonywania doświadczenia z podwyższonym ciśnieniem.
Zadania do tego tematu
- Gaz doskonały — zadanie: ile moli znajduje się w naczyniu?
- Gaz doskonały — zadanie: jednoczesna zmiana objętości i temperatury
Komentarze (0)
Nie ma jeszcze opublikowanych komentarzy. Rozpocznij rozmowę o tym materiale.
RSS komentarzy · Powiadomienia e-mail
Dodaj komentarz
Możesz komentować jako gość lub zalogować się, aby użyć danych konta. Utwórz konto