Nhiệt động lực học của trạng thái tổng hợp ở thể khí của vật chất là một nhánh quan trọng của vật lý nghiên cứu trạng thái cân bằng nhiệt động lực học và các chuyển đổi gần như tĩnh trong các hệ thống. Mô hình chính dựa vào đó các dự đoán về hoạt động của các hệ thống là mô hình khí lý tưởng. Với việc sử dụng nó, phương trình Mendeleev-Clapeyron đã được thu được. Hãy xem xét nó trong bài viết.
Khílý
Như bạn đã biết, tất cả các khí thực đều bao gồm các phân tử hoặc nguyên tử, khoảng cách giữa chúng quá lớn so với kích thước của chúng ở áp suất thấp. Ngoài ra, ở nhiệt độ cao, trên quy mô tuyệt đối, động năng của các phân tử vượt quá thế năng của chúng liên quan đến tương tác lưỡng cực-lưỡng cực yếu (nếu, ngoài các tương tác này, còn có các loại liên kết hóa học khác, ví dụ, ion hoặc hydro, thì chúng đóng góp đáng kể vào thành phần tiềm năng của năng lượng bên trong hệ thống).
DoĐối với nhiều khí thực ở các điều kiện gần với bình thường, người ta có thể bỏ qua các tương tác bên trong và kích thước hạt của chúng. Hai phép gần đúng chính này tạo thành mô hình khí lý tưởng.
Phương trình Mendeleev trong vật lý
Đúng hơn và công bằng hơn nếu gọi phương trình này là định luật Clapeyron-Mendeleev. Thực tế là nó được kỹ sư người Pháp Emile Clapeyron ghi lại lần đầu tiên vào năm 1834. Ông đã làm điều này bằng cách phân tích các định luật khí của Boyle-Mariotte, Gay-Lussac và Charles được phát hiện vào đầu thế kỷ 19.
Công lao của nhà hóa học Nga Dmitry Mendeleev nằm ở chỗ ông đã đưa ra phương trình ở dạng toán học hiện đại và dễ sử dụng. Đặc biệt, Mendeleev đã đưa vào phương trình một hằng số đối với tất cả các khí R=8, 314 J / (molK). Bản thân Clapeyron đã sử dụng một số hằng số thực nghiệm khiến quá trình tính toán trở nên khó khăn.
Phương trình Mendeleev-Clapeyron được viết như sau:
PV=nRT.
Đẳng thức này có nghĩa là tích của áp suất P và thể tích V ở vế trái của biểu thức luôn tỉ lệ với tích của nhiệt độ tuyệt đối T và lượng chất n ở vế trái.
Biểu thức đang nghiên cứu cho phép bạn nhận được bất kỳ định luật khí nào nếu bạn sửa hai trong bốn tham số của nó. Trong trường hợp đẳng xử lý, các hệ thống kín được nghiên cứu trong đó không có sự trao đổi vật chất với môi trường (n=const). Các quá trình này được đặc trưng bởi một tham số nhiệt động lực học cố định duy nhất (T, P hoặc V).
Bài toán ví dụ
Bây giờ chúng ta hãy giải bài toán trên phương trình Mendeleev-Clapeyron. Biết rằng khí oxi nặng 500 gam được đựng trong xilanh có thể tích 100 lít ở áp suất 2 atm. Nhiệt độ trong khí cầu là bao nhiêu, khi hệ thống ở trạng thái cân bằng nhiệt động lực học.
Nhắc lại rằng, theo định nghĩa, lượng của một chất được tính theo công thức:
n=m / M.
Trong đó m là khối lượng của tất cả các hạt của hệ, M là khối lượng mol trung bình của chúng. Đẳng thức này cho phép chúng ta viết lại phương trình Mendeleev ở dạng sau:
PV=mRT / M.
Nơi chúng tôi nhận được công thức làm việc cho nhiệm vụ này:
T=PVM / (mR).
Vẫn là chuyển đổi tất cả các đại lượng sang đơn vị SI và thay thế chúng thành biểu thức sau:
T=21013250, 10, 032 / (0, 58, 314)=156 K.
Nhiệt độ tính toán là -117oC. Mặc dù oxy ở nhiệt độ này vẫn ở thể khí (nó ngưng tụ ở -182,96oC), trong những điều kiện như vậy, mô hình khí lý tưởng chỉ có thể được sử dụng để thu được ước lượng định tính về giá trị tính được.
