იდეალური გაზი

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                            იდეალური გაზი

მდგომარეობის განტოლება

იდეალური გაზი

თერმოდინამიკური სიდიდეები

თერმოდინამიკური პოტენციალი

თერმოდინამიკური ციკლები

ფაზის გადასვლები

თეორიული მოდელი, რომელიც ფართოდ გამოიყენება რეალური გაზების თვისებებისა და ქცევის აღსაწერად ზომიერ წნევასა და ტემპერატურაზე. ამ მოდელში, უპირველეს ყოვლისა, ვარაუდობენ, რომ ნაწილაკები, რომლებიც ქმნიან გაზს, არ ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან, ანუ მათი ზომები უმნიშვნელოა, შესაბამისად, იდეალური გაზის მიერ დაკავებულ მოცულობაში, არ ხდება ორმხრივი არაელასტიური შეჯახება. ნაწილაკები. იდეალური გაზის ნაწილაკები შეჯახებას განიცდიან მხოლოდ კონტეინერის კედლებთან. მეორე ვარაუდი: არ არსებობს შორ მანძილზე ურთიერთქმედება გაზის ნაწილაკებს შორის, მაგალითად, ელექტროსტატიკური ან გრავიტაციული. მოლეკულებისა და ჭურჭლის კედლებს შორის ელასტიური შეჯახების დამატებითი მდგომარეობა მოლეკულური კინეტიკური თეორიის ფარგლებში იწვევს იდეალური აირის თერმოდინამიკას გადადით განყოფილებაში „#კლასიკური იდეალური გაზი“.

იდეალური გაზის სხვადასხვა გაფართოებულ მოდელებში ვარაუდობენ, რომ ნაწილაკებს აქვთ შიდა სტრუქტურა და გაფართოებული ზომები, რომლებიც შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც ელიფსოიდები ან სფეროები, რომლებიც დაკავშირებულია ელასტიური ბმებით (მაგალითად, დიატომიური მოლეკულები). გაზის ნაწილაკების წარმოდგენა პოლიატომური მოლეკულების სახით იწვევს თავისუფლების დამატებითი ხარისხების გაჩენას, რაც გვაიძულებს გავითვალისწინოთ ნაწილაკების არა მხოლოდ მთარგმნელობითი, არამედ ბრუნვა-ვიბრაციული მოძრაობის ენერგია, ასევე არა მხოლოდ ცენტრალური. , არამედ ნაწილაკების არაცენტრალურ შეჯახებას .

მოდელი ფართოდ გამოიყენება გაზის თერმოდინამიკისა და აეროგაზდინამიკის პრობლემების გადასაჭრელად. მაგალითად, ჰაერი ატმოსფერულ წნევაზე და ოთახის ტემპერატურაზე კარგად არის აღწერილი იდეალური გაზის მოდელით, საკმარისი სიზუსტით პრაქტიკული გამოთვლებისთვის.

ძალიან მაღალი წნევის შემთხვევაში საჭიროა რეალური გაზების მდგომარეობის უფრო ზუსტი განტოლებების გამოყენება, მაგალითად, ნახევრად ემპირიული ვან დერ ვაალის განტოლება, რომელიც ითვალისწინებს მოლეკულებს შორის მიზიდულობას გადადით განყოფილებაში „#გამოყენების ლიმიტები. იდეალური გაზის თეორიისა“ და მათი სასრული ზომები. ძალიან მაღალ ტემპერატურაზე, რეალური აირების მოლეკულებს შეუძლიათ დაიშალონ თავიანთი შემადგენელი ატომები, ან ატომები იონიზდნენ და დაკარგონ ელექტრონები. ამიტომ, მაღალი წნევის და/ან ტემპერატურის შემთხვევაში, იდეალური აირის მდგომარეობის განტოლებები გამოიყენება მხოლოდ გარკვეული ვარაუდებით, ან საერთოდ არ გამოიყენება.

არსებობს კლასიკური იდეალური გაზი (მისი თვისებები გამომდინარეობს კლასიკური მექანიკის კანონებიდან და ემორჩილება მაქსველ-ბოლცმანის სტატისტიკას) გადადით განყოფილებაში „#ბოლცმანის განაწილება“, ნახევრად კლასიკური იდეალური გაზი  (რომელზეც - კლასიკური იდეალური გაზისგან განსხვავებით. - ერთგვაროვანი განაწილების კანონი არ არის დაკმაყოფილებული ენერგია თავისუფლების ხარისხით  და კვანტური იდეალური გაზი (მისი თვისებები განისაზღვრება კვანტური მექანიკის კანონებით და აღწერილია ფერმი-დირაკის ან ბოზე-აინშტაინის სტატისტიკით) გადადით განყოფილება „#კვანტური იდეალური გაზი“.

თერმოდინამიკური თვალსაზრისით, განსხვავება კლასიკურ და კვაზი-კლასიკურ იდეალურ გაზებს შორის ასეთია. კლასიკური იდეალური გაზის თბოტევადობა არ არის დამოკიდებული ტემპერატურაზე და ცალსახად განისაზღვრება გაზის მოლეკულის გეომეტრიით , რაც ამით განსაზღვრავს გაზის მდგომარეობის კალორიული განტოლების ფორმას. კლასიკური იდეალური აირები იგივე მოლეკულური გეომეტრიით ემორჩილებიან მდგომარეობის ერთსა და იმავე კალორიულ განტოლებას. ნახევარკლასიკური იდეალური გაზის თბოტევადობა დამოკიდებულია ტემპერატურაზე K  და ეს დამოკიდებულება ინდივიდუალურია თითოეული გაზისთვის; შესაბამისად, თითოეული ნახევარკლასიკური იდეალური გაზი აღწერილია მდგომარეობის საკუთარი კალორიული განტოლებით. ძალიან ხშირად - მათ შორის ამ სტატიაშიც - როდესაც კლასიკურ და კვაზი-კლასიკურ მიახლოებებს შორის განსხვავება არ თამაშობს როლს, ტერმინი "კლასიკური იდეალური გაზი" განიხილება, როგორც სინონიმი გამოხატვის "არაკვანტური იდეალური გაზი". მაკროსკოპული მიდგომით, იდეალური კლასიკური და კვაზი-კლასიკური აირები არის ჰიპოთეტური (არა რეალურად არსებული) აირები, რომლებიც ემორჩილებიან კლაპეირონის მდგომარეობის თერმულ განტოლებას  (კლაპეირონ-მენდელეევი ). ზოგჯერ დამატებით მითითებულია, რომ ჯოულის კანონი მოქმედებს კლასიკური იდეალური გაზისთვის . თერმოდინამიკა ამბობს, რომ ჯოულის კანონი დაკმაყოფილებულია ნებისმიერი სითხისთვის, ფორმის მდგომარეობის განტოლებით.

 ${\displaystyle \frac{�}{�}=�(�)}$ ან , где ${\displaystyle �}$ — წნევა , ${\displaystyle �}$ — აბსოლიტური ტემპერატურა და  ${\displaystyle �}$ — მოცულობა 

მაშასადამე, კლასიკური იდეალური აირის განმარტებისას, არ არის საჭირო ჯოულის კანონის ხსენება. მეორე მხრივ, თუ ამ კანონს განვიხილავთ, როგორც ექსპერიმენტული მონაცემების განზოგადებას, მაშინ კლასიკური იდეალური გაზის მაკროსკოპული თეორიის წარმოდგენა მოითხოვს თერმოდინამიკის მხოლოდ ყველაზე ელემენტარული ინფორმაციის გამოყენებას.

„იდეალური გაზის“ მოდელის პოპულარობა თერმოდინამიკის კურსებში განპირობებულია იმით, რომ კლაპეირონის განტოლების გამოყენებით მიღებული შედეგები არ არის ძალიან რთული მათემატიკური გამონათქვამები და, როგორც წესი, საშუალებას იძლევა მარტივი ანალიტიკური და/ან გრაფიკული ანალიზის ქცევა, რომელიც შედის სიდიდეებში. მათ. თერმოდების გამოსათვლელად გამოიყენება ნახევარკლასიკური მიახლოებააირების დინამიური ფუნქციები მათი მოლეკულური მონაცემების საფუძველზე.

იხ. ვიდეო - What is an Ideal Gas?