Fizyka: Teoria kinetyczno-molekularna gazu doskonałego

Pobierz program Fizyka: Teoria kinetyczno-molekularna gazu doskonałego

Aplikacja na telefon komórkowy
WYMAGANIA:
wyświetlacz o szerokości nie mniejszej niż 128pikseli
JAVA,
 
 
Ten materiał ułatwi Ci naukę w autobusie, tramwaju w pociągu. Nie musisz wyjmować książki, masz to w Swojej komórce…Wystarczy, że komórka obsługuje JAVA oraz ma wyświetlacz o szerokości, co najmniej 128 pikseli.
 

Dodatkowo możesz go wzbogacić innym materiałem. Patrz do:

• ZADANIA Z FIZYKI
• FIZYKA- WZORY, PRAWA

Przykładowy zrzut działającej aplikacji
 

 

Teoria kinetyczno-molekularna gazu doskonałego

Termodynamika- nauka badająca wzajemne związki między wielkościami termodynamicznymi
 
Wielkości termodynamiczne- są to wielkości makroskopowe takie jak ciśnienie, gęstość, temperatura, ciepło, energia wewnętrzna przy pomocy, których opisuje się układy złożone z ogromnej ilości cząstek. Na przykład takim układem jest gaz.
 
Średnia droga swobodna- jest to odcinek toru cząsteczki, którego długość odpowiada odległości między dwoma sąsiednimi zderzeniami.
 
Wielkość ta została wprowadzona z tego względu, iż długość drogi swobodnej w trakcie ruchu cząsteczki ulega zmianom.
 
Gaz doskonały- jest to model nieistniejącego w rzeczywistości gazu, w którym to zakłada się, że cząsteczki gazu podczas zderzenia nie pochłaniają energii (zderzenia są doskonale sprężyste), cząsteczki nie oddziałują ze sobą (za wyjątkiem momentu zderzenia), cząsteczka gazu traktowana jest jak punkt materialny, ni posiada rozmiarów (nie ma, więc objętości), posiada masę.
 
Liczba Avogadra to liczba atomów, cząstek lub innych cząstek materii w jednym molu substancji złożonej z tychże atomów lub cząsteczek
 

 
Stała gazowa- oznaczana jako R, stała fizyczna równa pracy wykonanej przez 1 mol gazu doskonałego podgrzewanego o 1 kelwin podczas przemiany izobarycznej, jest związana ze stałą Boltzmana (oznaczana jako k) poniższą zależnością
 

 
Równanie gazu doskonałego
 
Jest to matematyczny zapis związku wielkości makroskopowych ciśnienia, objętości, temperatury opisujących gaz. Można je podać w dwóch postaciach:
 

 
Jedna zależność przechodzi w drugą- w równanie Clapeyrona:
 

 
Temperatura- jest miarą stopnia nagrzania ciał, można ją ściśle zdefiniować tylko dla stanów równowagi termodynamicznej, jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.
 

 
W powyższych wzorach temperaturę podajemy w kalwinach (273K to 0 st. Celsjusza)
 
Średnia energia kinetyczna ruchu postępowego cząsteczek jest proporcjonalna do temperatury wyrażonej w skali bezwzględniej (w kelwinach), współczynnikiem proporcjonalności jest 3k/2, gdzie k to stała Boltzmana
 
Termometry gazowe
 
Zależność
 

 
pozwala konstruować termometry gazowe, w których rejestrując zmianę objętości lub ciśnienia można określić temperaturę
 
Termometr gazowy o stałym ciśnieniu
 

 
Gaz zamknięty rtęcią zachowuj stałe ciśnienie równe ciśnieniu atmosferycznemu. Podczas zmiany temperatury zmienia się objętość gazu, którą można obserwować na tle skali.
 
Termometr gazowy ze stałą objętością jest termometrem bardzo dokładnym i służy do skalowani innych typów termometrów. Czynnikiem roboczym jest hel. Gaz zamknięty w termometrze zmienia swoje ciśnienie, które są odczytywane poprzez zmianę wysokości słupa rtęci w ramieniu U- rurki
 

 
Stopień swobody cząsteczki- jest to najmniejsza liczba niezależnych współrzędnych, które należy podać, aby jednoznacznie położenie cząsteczki w przestrzeni
 
Cząsteczka jednoatomowa ma trzy stopnie swobody (trzy współrzędne opisujące położenie środka masy)
 

 
Cząsteczka dwuatomowa ma pięć stopni swobody (trzy współrzędne opisujące położenie środka masy oraz dwie współrzędne określające obrót względem osi O'-O', O''-O'')
 

 
Cząsteczka trzyatomowa i więcej ma sześć stopni swobody (trzy współrzędne opisujące położenie środka masy oraz trzy współrzędne określające obrót względem osi O'-O', O''-O'', O'''-O''')
 

 
Zasada ekwipartycji energii- na każdy stopień swobody cząsteczki przypada jednakowa część energii równa
 

 
Energia wewnętrzna gazów- (symbol U) to całkowity zasób energii układu stanowiący sumę energii oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrzcząsteczkowych układu, a także energii ruchu cieplnego cząsteczek oraz wszystkich innych rodzajów energii występujących w układzie.
 
Uwzględniając zasadę ekwipartycji oraz ilość stopni swobody można podać, że energia wewnętrzna N cząstek
 
a) gazu jednoatomowego wyraża się zależnością
 

 
b) gazu dwuatomowego wyraża się zależnością
 

 
c) gazu trzyatomowego wyraża się zależnością