Заттың газтәрізді агрегаттық күйінің термодинамикасы жүйедегі термодинамикалық тепе-теңдікті және квазистатикалық ауысуларды зерттейтін физиканың маңызды бөлімі болып табылады. Жүйелердің мінез-құлқын болжауға негізделген негізгі модель идеалды газ моделі болып табылады. Оны қолдану арқылы Менделеев-Клапейрон теңдеуі алынды. Оны мақалада қарастырыңыз.
Идеал газ
Өздеріңіз білетіндей, барлық нақты газдар молекулалардан немесе атомдардан тұрады, олардың арасындағы қашықтық төмен қысымдағы өлшемдерімен салыстырғанда тым үлкен. Сонымен қатар, жоғары температурада абсолютті шкала бойынша молекулалардың кинетикалық энергиясы әлсіз диполь-дипольдық әрекеттесумен байланысты олардың потенциалдық энергиясынан асып түседі (егер бұл әрекеттесулерден басқа химиялық байланыстың басқа түрлері болса, мысалы, иондық немесе сутегі болса, онда олар ішкі жүйе энергиясының потенциалдық құрамдас бөлігіне айтарлықтай үлес қосады).
СебебіҚалыптыға жақын жағдайларда көптеген нақты газдар үшін олардың ішкі әрекеттесулерін және бөлшектердің өлшемдерін елемеуге болады. Бұл екі негізгі жуықтау идеалды газ үлгісін құрайды.
Физикадағы Менделеев теңдеуі
Бұл теңдеуді Клапейрон-Менделеев заңы деп атаған дұрыс және әділірек. Өйткені, оны алғаш рет 1834 жылы француз инженері Эмиль Клапейрон жазып алған. Ол мұны 19 ғасырдың басында ашылған Бойл-Мариотт, Гей-Люссак және Чарльздың газ заңдарын талдау арқылы жасады.
Орыс химигі Дмитрий Менделеевтің сіңірген еңбегі оның теңдеуге заманауи әрі қолдануға оңай математикалық форма бергендігінде. Атап айтқанда, Менделеев барлық газдар үшін R=8, 314 Дж/(мольК) константасын теңдеуге енгізді. Клапейронның өзі есептеу процесін қиындататын бірқатар эмпирикалық тұрақтыларды қолданды.
Менделеев-Клапейрон теңдеуі былай жазылады:
PV=nRT.
Бұл теңдік өрнектің сол жағындағы P қысымы мен V көлемінің көбейтіндісі әрқашан абсолютті температура T және сол жағындағы n затының көбейтіндісіне пропорционал екенін білдіреді.
Зерттелетін өрнек оның төрт параметрінің екеуін түзетсеңіз, кез келген газ заңын алуға мүмкіндік береді. Изопроцестер жағдайында қоршаған ортамен зат алмасуы болмайтын тұйық жүйелер зерттеледі (n=const). Бұл процестер бір тіркелген термодинамикалық параметрмен сипатталады (T, P немесе V).
Мысалы мәселе
Енді Менделеев-Клапейрон теңдеуіндегі есепті шығарайық. Массасы 500 грамм болатын оттегінің көлемі 100 литрлік цилиндрде 2 атмосфера қысымында болатыны белгілі. Жүйе термодинамикалық тепе-теңдікте болса, шардағы температура қандай болады.
Еске салайық, анықтамаға сәйкес, заттың мөлшері мына формула бойынша есептеледі:
n=м/М.
Мұндағы m – жүйенің барлық бөлшектерінің массасы, M – олардың орташа молярлық массасы. Бұл теңдік Менделеев теңдеуін келесі түрде қайта жазуға мүмкіндік береді:
PV=mRT/M.
Осы тапсырманың жұмыс формуласын қайдан аламыз:
T=PVM/(mR).
Барлық шамаларды SI бірліктеріне түрлендіру және оларды мына өрнекке ауыстыру керек:
T=21013250, 10, 032/(0, 58, 314)=156 K.
Есептелген температура -117 oC. Бұл температурадағы оттегі әлі де газ тәрізді болғанымен (ол -182,96 oC конденсацияланады), мұндай жағдайларда идеалды газ үлгісі есептелген мәннің сапалық бағасын алу үшін ғана пайдаланылуы мүмкін.
