Ціск ідэальнага газу

Перш чым весці гаворку пра тое, што такое ціск ідэальнага газу, варта ўдакладніць сам змест паняцця "ідэальны газ». А паняцце гэта характарызуе матэматычную мадэль, універсальную формулу, якая прадугледжвае, што размеркаванне патэнцыйнай і кінэтычнай энергіі ўзаемадзейнічаюць малекул такое, што велічынёй патэнцыйнай энергіі можна занядбаць. Хіміка-фізічны сэнс складаецца ў тым, што мяркуецца абсалютная пругкасць сценак сасудаў, у якіх знаходзіцца газ, а акрамя таго, прызнаецца нікчэмнай велічыня сіл прыцягнення малекул, імпульсаў іх удару аб сценкі пасудзіны і адзін пра аднаго.

Такое разуменне сутнасці ідэальнага газу знаходзіць вельмі шырокае прымяненне ў галіне вырашэння праблем тэрмадынамікі газаў.

У фізічным сэнсе адрозніваюцца разнавіднасці ідэальнага газу: класічны, ўласцівасці якога вызначаюцца класічнымі законамі механікі, і квантавы, характар якога выводзіцца з прынцыпаў квантавай механікі.

Першым вывеў агульнае раўнанне вялікі французскі фізік Бенуа Клапейрон. Ён жа распрацаваў і асноўныя прынцыповыя палажэнні вучэння аб ідэальным газе, якія пакладзены ў аснову ўсіх сучасных тэорый, якія вывучаюць розныя газы.

Зыходным становішчам гэтага вучэння з'яўляецца выснову аб тым, што ціск ідэальнага газу з'яўляецца велічынёй нязменнай пры лінейным характары залежнасці яго аб'ёму ад тэмпературы. Пры гэтым неабходна ўлічваць некаторыя ўмоўныя дапушчэнні:

- дыяметр малекулы ідэальнага газу малы да дапушчальнасці пагарды яго велічынёй;

- імпульс паміж малекуламі можа перадавацца толькі пры соударениях, такім чынам, можна занядбаць і сілай прыцягнення паміж імі;

- сумарная велічыня энергіі малекул газу прызнаецца канстантай, пры адсутнасці цеплаабмену і працы, якая здзяйсняецца над гэтым газам. У дадзеным выпадку ціск ідэальнага газу залежыць ад сумы велічынь імпульсаў, якія ствараюцца пры сутыкненні малекул са сценкамі пасудзіны.

За час існавання вучэнні многія навукоўцы займаліся даследаваннем фізіка-хімічнай прыроды газаў, прычым падыходы ў многіх з іх былі неаднолькавыя. Гэта прывяло да таго, што ў фізічнай тэорыі разглядаюць класіфікацыю ідэальнага газу з пункту гледжання тых заканамернасцяў, якія паклаў ў падмурак свайго даследавання той ці іншай фізік - Фермі-газ, Базэ-газ і іншыя. Так, напрыклад, згодна з эквівалентнаму падыходу, які разглядаецца, газ адначасова задавальняе законах і Бойля-Мариотта і Гей-Люссака: pV = bT, дзе р - ціск, Т - абсалютная тэмпература. Формула Мендзялеева дае ўжо больш вялізны ўяўленне пра ўласцівасці: pV = m / М х RT, дзе пазначаныя: R - газавая пастаянная, M - малярная маса, m - маса.

Адным з найбольш ранніх і распрацаваных вучэнняў пра ўласцівасці газаў было апісанне такога ўласцівасці як ціск ідэальнага газу. Але ў гэтай канцэпцыі былі некаторыя недахопы, звязаныя з аднабаковым падыходам да даследавання. Так, нават вымераўшы велічыню ціску, мы не зможам высветліць параметры сярэдніх значэнняў кінэтычнай энергіі кожнай з асобна ўзятых малекул, а таксама канцэнтрацыю гэтых малекул у пасудзіне. Таму патрабуецца яшчэ нейкі параметр, з дапамогай выкарыстання якога можна вырашыць узніклую задачу. У якасці такой велічыні фізікамі была прапанавана тэмпература. Гэтая скалярная велічыня ў тэрмадынаміцы дае ўяўленне аб тым, у якім цеплавым стане знаходзіцца сістэма і якая яе дынаміка. Але ў тэорыі газаў тэмпература мае важнае значэнне і як малекулярна-кінэтычны параметр, таму што апісвае паводзіны малекул газу ў посудзе, а таксама адлюстроўвае іх сярэднюю кінэтычную энергію. Гэта значэнне называецца канстантай Больцмана.

Каб пры пошуку формулы націску не ўваходзіць у складанасці вышэйшай матэматыкі, неабходна штучна ўвесці некаторыя спрашчэння:

- форму малекул прадставім у выглядзе шара;

- адлегласць паміж малекуламі прадставім бясконца вялікім, ён павінен выключаць дзеянне сіл прыцягнення;

- хуткасці руху малекул ўсталюем на асераднёным узроўні;

- прадставім сценкі сасуда абсалютна пругкімі.

Адсюль можна вывесці формулу, у якой ціск ідэальнага газу будзе ўяўляць сабой прыватнае ад дзялення велічыні сілы, якая дзейнічае перпендыкулярна на сценку пасудзіны, на плошчу паверхні, на якую гэтая сіла дзейнічае: p = F / S.

У тых жа выпадках, калі нашы спрашчэння не дзейнічаюць, каб усталяваць, як зменіцца ціск ідэальнага газу, у гэтую простую формулу неабходна будзе ўводзіць дадатковыя значэння.