Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы. Графики изопроцессов. Закон Дальтона

Тема урока:
Уравнение состояния идеального газа.
Изопроцессы. Графики изопроцессов. Закон Дальтона

Павлодарский высший колледж управления

Преподаватель физики: Белозерова М.Ю.

Сабақтың мақсаты / Цели урока

вывести зависимость между макроскопическими параметрами (уравнение Менделеева-Клапейрона);
рассмотреть понятие изопроцесс;
вывести зависимость между макроскопическими параметрами, если один из них остается неизменным;
изучить газовые законы;
научиться объяснять законы с молекулярной точки зрения;
изображать графики изопроцессов;
изучить закон Дальтона.

R = k⋅Na = 8,31 Дж/(моль⋅К)
- универсальная газовая постоянная

уравнение Менделеева-Клапейрона или уравнение
состояния идеального газа

- уравнение Клапейрона

Процессы, протекающие при неизменном значении одного из макропараметров, называют изопроцессами.
Количественные зависимости между двумя макропараметрами газа при фиксированном значении третьего называются газовыми законами.
Опираясь на уравнение состояния идеального газа, рассмотрим физику явлений основных типов изопроцессов.

Чертим и заполняем таблицу в тетради с пояснениями (тетрадь оставить вертикально, открываем с чистого двойного листа, красная линия на рисунке - это середина вашей тетради).

Изотермический процесс - процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянной температуре: Т = const
р1 V1 = T1
р2 V2 = T2
рV=соnst (закон Бойля – Мариотта)

Давление оказываемое на стенки сосуда зависит от количества ударов молекул о стенки сосуда. Количество ударов в свою очередь также зависит от количества молекул в единице объема, т.е. от концентрации.

Чем меньше объем, тем выше концентрация молекул и тем больше производимое давление и наоборот, чем больше объем тем меньше концентрация, а следовательно и меньше давление.

Графики изотермического процесса называются изотерма

Изобарический (изобарный) процесс - процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянном давлении: р = const

𝑇 1 𝑉 1 𝑇 1 𝑇𝑇 𝑇 1 1 𝑇 1 𝑇 1 𝑉 1 𝑉 1 𝑉𝑉 𝑉 1 1 𝑉 1 𝑇 1 𝑉 1 =p1
𝑇 2 𝑉 2 𝑇 2 𝑇𝑇 𝑇 2 2 𝑇 2 𝑇 2 𝑉 2 𝑉 2 𝑉𝑉 𝑉 2 2 𝑉 2 𝑇 2 𝑉 2 =p2
𝑽 𝑻 𝑽𝑽 𝑽 𝑻 𝑻𝑻 𝑽 𝑻 = const (закон Гей-Люссака)

Чем выше температура газа, тем быстрее движутся молекулы и при столкновении разлетаются на большие расстояния тем самым увеличивая занимаемый ими объем (газ расширяется) и наоборот, чем меньше температура газа тем меньше скорость молекул, а следовательно и меньше занимаемый ими объем.

Графики изотебарного процесса называются изобара

Изохорический (изохорный) процесс - процесс изменения состояния термодинамической системы макроскопических тел при постоянном объеме: V = const
𝑝 1 𝑇 1 𝑝 1 𝑝𝑝 𝑝 1 1 𝑝 1 𝑝 1 𝑇 1 𝑇 1 𝑇𝑇 𝑇 1 1 𝑇 1 𝑝 1 𝑇 1 =V1
𝑝 2 𝑇 2 𝑝 2 𝑝𝑝 𝑝 2 2 𝑝 2 𝑝 2 𝑇 2 𝑇 2 𝑇𝑇 𝑇 2 2 𝑇 2 𝑝 2 𝑇 2 =V2
𝒑 𝑻 𝒑𝒑 𝒑 𝑻 𝑻𝑻 𝒑 𝑻 = const (закон Шарля)

Давление оказываемое на стенки сосуда зависит от количества ударов молекул о стенки сосуда.

Количество ударов в свою очередь также зависит от скорости молекул. Чем больше температура газа, тем быстрее движутся молекулы и возрастает вероятность столкновения их со стенками сосуда, что в ограниченном объеме приводит к увеличению давления и наоборот. При понижении температуры, скорость молекул падает, а давление уменьшается.

Графики изохорного процесса называются изохора

Газовые законы активно работают не только в технике, но и в живой природе, широко применяются в медицине.

Закон Бойля-Мариотта начинает «работать на человека» (как, впрочем, и на любое млекопитающее) с момента его рождения, с первого самостоятельного вздоха. При дыхании межреберные мышцы и диафрагма периодически изменяют объем грудной клетки. Когда грудная клетка расширяется, давление воздуха в легких падает ниже атмосферного, т.е. «срабатывает» изотермический закон (pV=const), и в следствие образовавшегося перепада давлений происходит вдох. Выдох происходит аналогично: вследствие уменьшения объема легких давление воздуха в них становится больше, чем внешнее атмосферное, и за счет обратного перепада давлений он переходит наружу.
Закон Гей-Люссака - расширение газа в цилиндре с подвижным поршнем при нагревании цилиндра
Закон Шарля - нагревание газа любой закрытой емкости, например в электрической лампочке при ее включении.

Давление смеси газов на стенки сосуда будет складываться из парциальных давлений каждого газа:

p = p1 + p2 + p3 + … = (n1 + n2 + n3 + …)kT

где р1, р2 …- парциальные давления – давления, которые оказывали бы газы смеси, если бы они одни занимали объем, равный объему смеси при той же температуре.
В этом соотношении n1, n2, n3, … – концентрации молекул различных газов в смеси.
Это соотношение выражает на языке молекулярно-кинетической теории экспериментально установленный в начале XIX столетия закон Дальтона: давление в смеси химически невзаимодействующих газов равно сумме их парциальных давлений.

Прочесть «Физика 10 класс. 1 часть» Б.Кронгарт, Д.Казахбаева, О.Иманбеков, Т.Қыстаубаев - Мектеп. 2019, стр 179-189. Разобрать примеры решения задач – записать в тетрадь.
Ответить устно на вопросы для самоконтроля.
Прочесть «Самое важное в главе 7» на стр 190 .

1. Учебник "Физика 10 класс. 1 часть" Б.Кронгарт, Д.Казахбаева, О.Иманбеков, Т.Қыстаубаев - Мектеп. 2019 - https://cloud.mail.ru/public/4rxP/52U9MwvYz.