Идеальный газ — газ, удовлетворяющий трем условиям:
- Молекулы — материальные точки.
- Потенциальная энергия взаимодействия молекул пренебрежительно мала.
- Столкновения между молекулами являются абсолютно упругими.
Реальный газ с малой плотностью можно считать идеальным газом.
Измерение температуры
Температуру можно измерять по шкале Цельсия и шкале Кельвина. По шкале Цельсия за нуль принимается температура, при которой происходит плавление льда. По шкале Кельвина за нуль принимается абсолютный нуль — температура, при котором давление идеального газа равно нулю, и его объем тоже равен нулю.
Обозначение температуры
- По шкале Цельсия — t. Единица измерения — 1 градус Цельсия (1 oC).
- По шкале Кельвина — T. Единица измерения — 1 Кельвин (1 К).
Цена деления обеих шкал составляет 1 градус. Поэтому изменение температуры в градусах Цельсия равно изменению температуры в Кельвинах:
∆t = ∆T
При решении задач в МКТ используют значения температуры по шкале Кельвина. Если в условиях задачи температура задается в градусах Цельсия, нужно их перевести в Кельвины. Это можно сделать по формуле:
T = t + 273
Если особо важна точность, следует использовать более точную формулу:
T = t + 273,15
Пример №1. Температура воды равна oC. Определить температуру воды в Кельвинах.
T = t + 273 = 2 + 273 = 275 (К)
Основное уравнение МКТ идеального газа
Давление идеального газа обусловлено беспорядочным движением молекул, которые сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда. Основное уравнение МКТ идеального газа связывает давление и другие макропараметры (объем, температуру и массу) с микропараметрами (массой молекул, скоростью молекул и кинетической энергией).
Основное уравнение МКТ
Давление идеального газа пропорционально произведению концентрации молекул на среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекулы.
p=23n−Ek
p — давление идеального газа, n — концентрация молекул газа, −Ek — средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул.
Выражая физические величины друг через друга, можно получить следующие способы записи основного уравнения МКТ идеального газа:
|
p=13m0n−v2 |
m0— масса одной молекулы газа; n — концентрация молекул газа; −v2 — среднее значение квадрата скорости молекул газа. Среднее значение квадрата скорости не следует путать со среднеквадратичной скоростью v, которая равна корню из среднего значения квадрата скорости: v=√−v2 |
|
p=13ρ−v2 |
ρ — плотность газа |
|
p=nkT |
k — постоянная Больцмана (k = 1,38∙10–3 Дж/кг) T — температура газа по шкале Кельвина |
Пример №2. Во сколько раз уменьшится давление идеального одноатомного газа, если среднюю кинетическую энергию теплового движения молекул и концентрацию уменьшить в 2 раза?
Согласно основному уравнению МКТ идеального газа, давление прямо пропорционально произведению средней кинетической энергии теплового движения молекул и концентрации его молекул. Следовательно, если каждая из этих величин уменьшится в 2 раза, то давление уменьшится в 4 раза:
Следствия из основного уравнения МКТ идеального газа
Через основное уравнение МКТ идеального газа можно выразить скорость движения молекул (частиц газа):
v=√3kTm0=√3RTM
R — универсальная газовая постоянная, равная произведения постоянной Авогадро на постоянную Больцмана:
R=NAk=8,31 Дж/К·моль
Температура — мера кинетической энергии молекул идеального газа:
−Ek=32kT
T=2−Ek3k
Полная энергия поступательного движения молекул газа определяется формулой:
E=N−Ek
Пример №3. При уменьшении абсолютной температуры на 600 К средняя кинетическая энергия теплового движения молекул неона уменьшилась в 4 раза. Какова начальная температура газа?
Запишем формулу, связывающую температуру со средней кинетической энергией теплового движения молекул, для обоих случаев, с учетом что:
Следовательно:
Составим систему уравнений:
Отсюда:
Задание EF19012
На графике представлена зависимость объёма постоянного количества молей одноатомного идеального газа от средней кинетической энергии теплового движения молекул газа. Опишите, как изменяются температура и давление газа в процессах 1−2 и 2−3. Укажите, какие закономерности Вы использовали для объяснения.
Алгоритм решения
1.Указать, в каких координатах построен график.
2.На основании основного уравнения МКТ идеального газа и уравнения Менделеева — Клапейрона выяснить, как меняются указанные физические величины во время процессов 1–2 и 2–3.
Решение
График построен в координатах (V;Ek). Процесс 1–2 представляет собой прямую линию, исходящую из начала координат. Это значит, что при увеличении объема растет средняя кинетическая энергия молекул. Но из основного уравнения МКТ идеального газа следует, что мерой кинетической энергии молекул является температура:
T=2−Ek3
Следовательно, когда кинетическая энергия молекул растет, температура тоже растет.
Запишем уравнение Менделеева — Клапейрона:
pV=νRT
Так как количество вещества одинаковое для обоих состояния 1 и 2, запишем:
νR=p1V1T1=p2V2T2
Мы уже выяснили, что объем и температура увеличиваются пропорционально. Следовательно, давление в состояниях 1 и 2 равны. Поэтому процесс 1–2 является изобарным, давление во время него не меняется.
Процесс 2–3 имеет график в виде прямой линии, перпендикулярной кинетической энергии. Так как температуры прямо пропорциональна кинетической энергии, она остается постоянной вместе с этой энергией. Следовательно, процесс 2–3 является изотермическим, температура во время него не меняется. Мы видим, что объем при этом процессе уменьшается. Но так как объем и давление — обратно пропорциональные величины, то давление на участке 2–3 увеличивается.
Ответ:
• Участок 1–2 — изобарный процесс. Температура увеличивается, давление постоянно.
• Участок 2–3 — изотермический процесс. Температура постоянно, давление увеличивается.
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Задание EF17560
Первоначальное давление газа в сосуде равнялось р1. Увеличив объём сосуда, концентрацию молекул газа уменьшили в 3 раза, и одновременно в 2 раза увеличили среднюю энергию хаотичного движения молекул газа. В результате этого давление р2 газа в сосуде стало равным
Ответ:
а) 13p1
б) 2p1
в) 23p1
г) 43p1
Алгоритм решения
1.Записать исходные данные.
2.Записать основное уравнение МКТ идеального газа.
3.Составить уравнения для состояний 1 и 2.
4.Выразить искомую величину.
Решение
Исходные данные:
• Начальное давление: p0.
• Начальная концентрация молекул: n1 = 3n.
• Конечная концентрация молекул: n2 = n.
• Начальная средняя энергия хаотичного движения молекул: Ek1 = Ek.
• Конечная средняя энергия хаотичного движения молекул: Ek2 = 2Ek.
Основное уравнение МКТ:
p=23n−Ek
Составим уравнения для начального и конечного состояний:
p1=23n1−Ek1=233n−Ek=2n−Ek
p2=23n2−Ek2=23n2−Ek=43n−Ek
Отсюда:
n−Ek=p12=3p24
p2=4p16=23p1
Ответ: в
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Задание EF18416
Цилиндрический сосуд разделён неподвижной теплоизолирующей перегородкой. В одной части сосуда находится кислород, в другой – водород, концентрации газов одинаковы. Давление кислорода в 2 раза больше давления водорода. Чему равно отношение средней кинетической энергии молекул кислорода к средней кинетической энергии молекул водорода?
Алгоритм решения
1.Записать исходные данные.
2.Записать основное уравнение МКТ идеального газа.
3.Составить уравнения для обоих газов.
4.Найти отношение средней кинетической энергии молекул кислорода к средней кинетической энергии молекул водорода.
Решение
Анализируя условия задачи, можно выделить следующие данные:
• Концентрации кислорода и водорода в сосуде равны. Следовательно, n1 = n2 = n.
• Давление кислорода вдвое выше давления водорода. Следовательно, p1 = 2p, а p2 = p.
Запишем основное уравнение идеального газа:
p=23n−Ek
Применим его для обоих газов и получим:
p1=23n1−Ek1 или 2p=23n−Ek1
p2=23n2−Ek2 или p=23n−Ek2
Выразим среднюю кинетическую энергию молекул газа из каждого уравнения:
−Ek1=3pn
−Ek2=3p2n
Поделим уравнения друг на друга и получим:
−Ek1−Ek2=3pn·2n3p=2
Ответ: 2
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Задание EF18824
В одном сосуде находится аргон, а в другом – неон. Средние кинетические энергии теплового движения молекул газов одинаковы. Давление аргона в 2 раза больше давления неона. Чему равно отношение концентрации молекул аргона к концентрации молекул неона?
Алгоритм решения
1.Записать исходные данные.
2.Записать основное уравнение МКТ идеального газа.
3.Составить уравнения для обоих газов.
4.Найти отношение концентрации молекул аргона к концентрации молекул неона.
Решение
Анализируя условия задачи, можно выделить следующие данные:
• Средние кинетические энергии теплового движения молекул газов одинаковы. Следовательно, −Ek1=−Ek2=−Ek.
• Давление аргона в 2 раза больше давления неона. Следовательно, p1 = 2p, а p2 = p.
Запишем основное уравнение идеального газа:
p=23n−Ek
Применим его для обоих газов и получим:
p1=23n1−Ek1 или 2p=23n1−Ek
p2=23n2−Ek2 или p=23n2−Ek
Выразим концентрации молекул газа из каждого уравнения:
n1=3p−Ek
n2=3p2−Ek
Поделим уравнения друг на друга и получим:
n1n2=3p−Ek·2−Ek3p=2
Ответ: 2
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Алиса Никитина | Просмотров: 10.7k
Ученик
(87),
закрыт
9 лет назад
Валентина Вавилова(Серкова)
Гений
(62183)
9 лет назад
В формуле основного уравнения МКТ
р=n*k*T . ( p -давление, n -концентрация ( n=N / v ), N – число молекул, v -объем, k -постоянная Больцмана=1,38*10^(-23) Дж / К. , Т -абсолютная температура ) подставим выражение концентрации
p=N*k*T / v . и выразим число молекул.
N=p*v / k*T.
N=2*10^2*1 / 1,38*10^(-23)*6*10^3=2,42*10^21. ( молекул).
SashaNovostav
+50
Ответ дан
9 лет назад
Физика
10 – 11 классы
Визначити концентрацію молекул аргону, середню квадратичну швидкість та середню кінетичну енергію молекул цього газу при температурі 300 К і тиску 800 кПа.
Ответ
1.7/5
(3 оценки)
3
triolana
9 лет назад
Светило науки – 549480 ответов – 388270 раз оказано помощи
Дано T=300 К M=0,04 кг/моль P=800 000 Па V- ? n- ?
1 найдем концентрацию молекул аргона
P=n*k*T
n=P/k*T=800 000/1,38*10^-23*300=1,93*10^23 ( м^-3)
2 найдем среднюю квадратичную скорость молекул аргона
V = √3*k*T/mo =√3*R*T/V=√3*8,31*300/0,04=432,4 м/с
100% – верно
Оцените пользу ответа
Мозг
Отвечающий
Остались вопросы?
Задать вопрос
quche130
Вопрос по физике:
Визначити концентрацію молекул аргону, середню квадратичну швидкість та середню кінетичну енергію молекул цього газу при температурі 300 К і тиску 800 кПа.
Трудности с пониманием предмета? Готовишься к экзаменам, ОГЭ или ЕГЭ?
Воспользуйся формой подбора репетитора и занимайся онлайн. Пробный урок – бесплатно!
Ответы и объяснения 1
jeanenkela184
Дано T=300 К M=0,04 кг/моль P=800 000 Па V- ? n- ?
1 найдем концентрацию молекул аргона
P=n*k*T
n=P/k*T=800 000/1,38*10^-23*300=1,93*10^23 ( м^-3)
2 найдем среднюю квадратичную скорость молекул аргона
V = √3*k*T/mo =√3*R*T/V=√3*8,31*300/0,04=432,4 м/с
100% – верно
Знаете ответ? Поделитесь им!
Гость ?
Как написать хороший ответ?
Как написать хороший ответ?
Чтобы добавить хороший ответ необходимо:
- Отвечать достоверно на те вопросы, на которые знаете
правильный ответ; - Писать подробно, чтобы ответ был исчерпывающий и не
побуждал на дополнительные вопросы к нему; - Писать без грамматических, орфографических и
пунктуационных ошибок.
Этого делать не стоит:
- Копировать ответы со сторонних ресурсов. Хорошо ценятся
уникальные и личные объяснения; - Отвечать не по сути: «Подумай сам(а)», «Легкотня», «Не
знаю» и так далее; - Использовать мат – это неуважительно по отношению к
пользователям; - Писать в ВЕРХНЕМ РЕГИСТРЕ.
Есть сомнения?
Не нашли подходящего ответа на вопрос или ответ отсутствует?
Воспользуйтесь поиском по сайту, чтобы найти все ответы на похожие
вопросы в разделе Физика.
Трудности с домашними заданиями? Не стесняйтесь попросить о помощи –
смело задавайте вопросы!
Физика — область естествознания: естественная наука о простейших и вместе с тем наиболее общих законах природы, о материи, её структуре и движении.
Решение.
Средняя длина свободного пробега молекулы аргона определяется по формуле:
[ lambda =frac{1}{sqrt{2}cdot pi cdot {{d}^{2}}cdot n} (1). ]
d – эффективный диаметр молекулы аргона (справочные данные), d = 2,9∙10-10 м, n – концентрация молекул аргона.
Концентрацию молекул аргона определим по формуле:
[ n=frac{N}{V},N=frac{m}{M}cdot {{N}_{A}}(4),n=frac{m}{Mcdot V}cdot {{N}_{A}}(2). ]
Где: M – молярная масса молекулы аргона, М = 40∙10-3 кг/моль, R = 8,31 Дж/(моль∙К) – универсальная газовая постоянная, k – постоянная Больцмана, k = 1,38∙10-23 Дж/К. Т = 400 К.
Подставим (2) в (1) определим длину свободного пробега молекулы аргона:
[ lambda =frac{Mcdot V}{sqrt{2}cdot pi cdot {{d}^{2}}cdot mcdot {{N}_{A}}} (3).lambda =frac{40cdot {{10}^{-3}}cdot 5cdot {{10}^{-3}}}{sqrt{2}cdot 3,14cdot {{(2,9cdot {{10}^{-10}})}^{2}}cdot 40cdot {{10}^{-3}}cdot 6,02cdot {{10}^{23}}}=2,238cdot {{10}^{-8}}. ]
λ = 2,238∙10-8 м.
Определим среднюю арифметическую скорость движения молекулы аргона:
[ {{upsilon }_{CA}}=sqrt{frac{8cdot Rcdot T}{pi cdot M}} (4).{{upsilon }_{CA}}=sqrt{frac{8cdot 8,31cdot 400}{3,14cdot 40cdot {{10}^{-3}}}}=460.
]
υСА = 460 м/с.
Среднее число соударений молекул в секунду молекул аргона при этих условиях определим по формуле:
[ nu =frac{N}{t}=frac{upsilon }{lambda }, N=nu frac{upsilon }{lambda }cdot t=frac{sqrt{frac{8cdot Rcdot T}{pi cdot M}}}{frac{Mcdot V}{sqrt{2}cdot pi cdot {{d}^{2}}cdot mcdot {{N}_{A}}} }cdot t (5).N=frac{460}{2,238cdot {{10}^{-8}}}cdot 1=205,54cdot {{10}^{8}}. ]
N = 205,54∙108.
