Физика_10 класс_Идеальный газ_Презентация

Идеального газа

Газ и давление газа
Кинетическая теория и модель газа
Идеальный газ
Средняя скорость молекул газа
Среднеквадратичная скорость
Упражнения и задачи

Кинетическая теория связывает макроскопические измеряемые величины, такие как давление, объем и температура, с движениями в молекулярном масштабе.
Кинетическая теория предоставляет инструменты для:
Расчета «микроскопических» величин, таких как скорость частицы, частота столкновений и расстояние, пройденное между столкновениями.
Вывода макроскопических свойств, таких как давление и температура, и явления переноса (например, скорости диффузии и теплопроводность)

Газы состоят из движущихся атомов (He, Ne, Ar, ...) или молекул (O2, H2, CO2, CH4, …)
Атомы и молекулы могут свободно двигаться (беспорядочное движение)

Как объяснить давление газа?
Помните ... Давление - это сила F на единицу площади S
(в системе СИ: Н м – 2 = Па)
Давление газа обусловлено столкновением его атомов или молекул со стенками его контейнера.

1. В физике многие законы или понятия являются приближенными.
Объясните, что подразумевается под приближением.

2. Сформулируйте три предположения об идеальном газе.

3. Можно ли рассматривать настоящий газ как идеальный газ? Если так, объясните.
4. Объясните, что вызывает давление газа и как оно связано со следующей картинкой.

Столкновения частиц газа со стенками сосуда являются причиной давления газа

Факторы, которые влияют на давление газа («микроскопические» факторы)
Скорость частиц
Масса каждой частицы
Количество частиц

Передача импульса к стене при каждом столкновении
m0 - масса каждой молекулы или атома

Количество частиц на расстоянии d от стены
В среднем половина этих частиц движется к стене

Количество частиц, движущихся к стене
(случайные скорости)

Общий импульс передается стенке
Общая сила

Давление газа

Среднее значение квадрата скоростей
Обозначение означает среднее значение v2
Среднее арифметическое

Вычисляя скорости и беря квадратный корень, мы преодолеваем направленную составляющую скорости, и теперь мы называем ее среднеквадратичной скоростью.
Распределение скоростей в газе
Среднее квадрата x-составляющей скорости всех частиц

Случайное движение
Среднее значение составляющих скорости одинаково в каждом направлении

Среднее значение квадрата скорости

Наконец ... мы находим уравнение, которое искали !!!

p давление газа Pa
N/V концентрация молекул (число молекул в единице объема) m–3
m0 масса одной молекулы (атома) kg
<v2> квадрат среднеквадратичной скорости m2 s–2

Среднеквадратичная скорость
Среднеквадратичная скорость - это мера скорости частиц в газе.
Он определяется как корень квадратный из квадрата средней скорости молекул в газе (она не совсем равна средней скорости молекул)



Например, среднеквадратичная скорость атома или молекулы идеального газа при абсолютной температуре T определяется как (мы выведем это уравнение позже)

M молярная масса kg mol–1
R универсальная газовая постоянная R = 8.31 J K–1 mol–1

1. Распределение Максвелла – Больцмана - это распределение вероятностей, используемое в физике (в частности, в статистической механике) для описания скоростей частиц в идеальных газах (для большого числа частиц).
На следующем рисунке показано это распределение при разных температурах для газообразного азота N2.
Объясните графики.

2. Скорости семи молекул в газе численно равны 2, 4, 6, 8, 10, 12 и 14υ, где υ является подходящей единицей.
Найти числовые значения
а) средняя скорость .
б) Средняя скорость в квадрате 2.
в) Квадрат среднеквадратичной скорости .
г) среднеквадратичная скорость.

2. a) 8 u; b) 64 u2; c) 80 u2; d) 8.9 u

3. Гелий, который можно рассматривать как идеальный газ, запечатывается в металлический контейнер. Абсолютная температура затем удваивается.
Выберите правильные утверждения, если таковые имеются.
A. Давление газа остается постоянным, потому что объем контейнера не меняется.
B. Среднеквадратичная скорость атомов газа удваивается.
C. Давление внутри контейнера увеличивается на
D. Количество атомов газа увеличивается вдвое.
E. Давление внутри контейнера удваивается.
F. Плотность газа остается постоянной.

E; F

4. Оцените среднеквадратичную скорость молекулы азота в вашем классе.
5. а) Определите соотношение среднеквадратичных скоростей кислорода О2 и водорода Н2 в атмосфере Земли.
б) Рассчитайте среднеквадратичную скорость Н2 при комнатной температуре.
c) Основываясь на значении, указанном в 5. b), предложите причину, по которой водородный газ H2 не обнаружен в атмосфере Земли, несмотря на то, что водород является наиболее распространенным элементом во Вселенной.

4. ≈ 5.2 x 102 m/s; 5. a) 1/4; b) 1.9 km/s

6. Радиоактивные породы непрерывно производят гелий и добавляют его в атмосферу Земли.
Однако измерения концентрации гелия в атмосфере Земли показывают, что количество этого газа в атмосфере не увеличивается.
Предложите причину этого.