Stany materii. Masa i rozmiary cząstek. Masa i rozmiary cząstek. m n mol. n = Gaz doskonały. N A = 6.022x10 23

Transkrypt

1 Stany materii Masa i rozmiary cząstek Masą atomową ierwiastka chemicznego nazywamy stosunek masy atomu tego ierwiastka do masy / atomu węgla C ( C - izoto węgla o liczbie masowej ). Masą cząsteczkową nazywamy stosunek masy cząsteczkowej danej substancji do / masy atomu węgla C. Monokryształ Jednostkę masy równą / masy atomu węgla C nazywamy atomową jednostką masy. Ciecz Gaz Masa i rozmiary cząstek Gaz doskonały Ilość substancji, zawierająca taką samą liczbę cząstek (atomów, cząstek, jonów, elektronów it.) co 0.0 kg węgla C, nazywamy MOLEM. Liczba cząstek w molu to liczba AOGADRA N A 6.0x0 3 Masa molowa masa jednego mola danej substancji m- masa ciała (gazu), n mol -liczba moli, µ-masa molowa N-liczba cząstek n mol N N A m n mol µ Objętość cząstek gazu jest o wiele mniejsza niż objętość zajmowana rzez gaz. Zasięg sił działających między dwiema cząsteczkami jest o wiele mniejszy niż średnia odległość międzycząsteczkowa. Oddziaływania międzycząsteczkowe są omijalnie małe. Cząsteczki gazu zderzają się doskonale srężyście ze ściankami naczynia, w którym znajduje się gaz.

2 Prawo gazów doskonałych Równanie stanu gazu doskonałego (równanie Claeyrona) Stan danej ilości gazu jest określony rzez wartości trzech arametrów tzw. arametrów stanu gazu, którymi są ciśnienie, objętość i temeratura. Są to arametry stanu gazu. Są one związane nastęującym równaniem : n mol R Gdzie: n mol - oznacza liczbę moli R 8.3 J/mol K - ciśnienie v - objętość - temeratura Prawo gazów doskonałych c.d. Warunki normalne: Za warunki normalne rzyjęto uważać: temeraturę 0 73K, ciśnienie Pa, Objętość mola każdego gazu jest stała i wynosi: objętość normalna 0,4 0-3 m 3 Stała gazowa R wynosi więc: 00 J R 8, 3 mol K 0 emeratura emeratura jest miarą energii kinetycznej cząstek. Zderzenia omiędzy cząstkami owodują redystrybucję energii Stonie swobody Liczba stoni swobody liczba niezależnych arametrów otrzebnych do oisania ołożenia cząstek układu n 3 ost n obr n oscyl i n + n + n ost obr oscyl

3 Podstawowy wzór kinetycznej teorii gazów Z założeń dla gazu doskonałego wynika odstawowy wzór kinetycznej teorii gazów: 3 ne k - ciśnienie wywierane rzez cząstki gazu na ścianki naczynia n koncentracja cząstek, E k - średnia energia kinetyczna cząstek wynosi: k-stała Boltzmanna 3 E k k Ciśnienie wywierane rzez gaz na ścianki naczynia a) jedna cząstka założenie: zderzenia doskonale srężyste mv mv v v v r r v v zmiana ędu w wyniki zderzenia: r r r r r r mvx mv mv F t t r F F t mvx x 3 k.38 0 J / K b) gaz doskonały o koncentracji n N - ilość cząstek uderzających w czasie t w fragment ściany o owierzchni S N nvx t S mvx F nvx t S t F mv n x S Cząstki w gazie oruszają się całkowicie chaotycznie, stąd v v v x y z v v + v + v 3v x y z x ( x + y + z ) m v v v 3mv Ek 3 mvx n n E n Ek n k nk 3 3 k

4 Równanie gazu doskonałego nk N n N n mol A mol n N Ak n mol - ilość moli gazu Równanie gazu doskonałego nmolr R Pojemność cielna gazu doskonałego Energia wewnętrzna jednego mola gazu doskonałego i i Um NA E NAk R Pojemność cielna rzy stałej objętości i U R m i C R U C U( ) n C m nol Energia wewnętrzna Energia wewnętrzna suma energii kinetycznych i otencjalnych atomów ( molekuł) tworzących układ Energia wewnętrzna Energia wewnętrzna jest funkcją stanu. Podczas dowolnego rocesu, w wyniku którego układ wraca do stanu wyjściowego, całkowita zmiana jego energii wewnętrznej równa się zero. Energia wewnętrzna zależy jedynie od arametrów makroskoowych określających stan układu. Energia wewnętrzna jest funkcją stanu. Jej wartość nie zależy od sosobu ( rodzaju rocesów termodynamicznych) w jaki stan układu został osiągnięty. Zależy jedynie od arametrów makroskoowych określających stan układu. Praca i cieło odobnej zależności nie sełniają.

5 Praca gazu łok rzesuwa się na odległość dl w wyniku eksansji gazu o ciśnieniu Praca gazu Wykonana raca zależy od rodzaju rzemiany. Siła działająca na tłok: F A Wykonana rzez gaz raca: dw F dl A dl dw d Praca wykonana rzez gaz w czasie rozrężania od objętości do k : k W dw d B W Pd A ole od krzywą - Zerowa zasada termodynamiki Pierwsza zasada termodynamiki Jeżeli ciało A i ciało B są w równowadze termodynamicznej z ciałem C to ciała A i B są w równowadze termodynamicznej ze sobą. Q U+ W Cieło dostarczone do układu jest zużywane na rzyrost energii wewnętrznej tego układu i na wykonanie rzez układ racy nad zewnętrznymi siłami.

6 Pierwsza zasada termodynamiki Q U+ W Q>0 Układ obiera cieło W<0 W>0 Przemiany gazowe Przejście gazu ze stanu określonymi arametrami,v, do stanu określonego arametrami,v, może odbywać się o różnych drogach, n. o drodze a, lub o drodze b (rys) b a Siły zewnętrzne wykonują racę nad układem Q<0 Układ oddaje cieło Przemiana izotermiczna Przemiana izotermiczna const Jest to rzemiana, która zachodzi w stałej temeraturze Prawo Boyle a-mariotte a const const izoterma const równanie izotermy

7 Przemiana izobaryczna Przemiana izobaryczna const Jest to rzemiana, która zachodzi rzy stałym ciśnieniu. const const const jest to równanie izobary Równanie Mayera Przemiana izochoryczna const Przemiana izochoryczna rzebiega rzy stałej objętości. const const const jest to równanie izochory

8 Przemiana izochoryczna Przemiana adiabatyczna Q 0 W rzemianie adiabatycznej gaz nie wymienia cieła z otoczeniem. ℵ ℵ adiabata izoterma ℵ const gdzie ℵ c c jest to równanie adiabaty gazu doskonałego w zmiennych i > Przemiana adiabatyczna Gaz van der Waalsa a, b - stałe van der Waalsa n - ilość moli gazu Z owodu rzyciągania się cząsteczek gaz rzeczywisty wywiera większe ciśnienie na ścianki naczynia Rzeczywista objętość dostęna dla cząstek gazu jest mniejsza niż objętość naczynia w którym gaz się znajduje na + ( nb) nr

9 Gaz van der Waalsa Gaz van der Waalsa Energia wewnętrzna gazu van der Waalsa: na U ncv