Ciśnienie i temperatura model mikroskopowy

Podobne dokumenty
Teoria kinetyczna gazów

Ciepło właściwe. Autorzy: Zbigniew Kąkol Bartek Wiendlocha

Kinetyczna teoria gazów Termodynamika. dr Mikołaj Szopa Wykład

Wykład FIZYKA I. 15. Termodynamika statystyczna. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich. Teoria kinetyczna INZYNIERIAMATERIALOWAPL. Kierunek Wyróżniony przez PKA

FIZYKA STATYSTYCZNA. d dp. jest sumaryczną zmianą pędu cząsteczek zachodzącą na powierzchni S w

S ścianki naczynia w jednostce czasu przekazywany

GAZ DOSKONAŁY W TERMODYNAMICE TO POJĘCIE RÓŻNE OD GAZU DOSKONAŁEGO W HYDROMECHANICE (ten jest nielepki)

Termodynamika Część 3

Termodynamika Techniczna dla MWT, wykład 5. AJ Wojtowicz IF UMK

Podstawowe prawa opisujące właściwości gazów zostały wyprowadzone dla gazu modelowego, nazywanego gazem doskonałym (idealnym).

Temperatura, ciepło, oraz elementy kinetycznej teorii gazów

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Podstawowe pojęcia Masa atomowa (cząsteczkowa) - to stosunek masy atomu danego pierwiastka chemicznego (cząsteczki związku chemicznego) do masy 1/12

FIZYKA STATYSTYCZNA. Liczne eksperymenty dowodzą, że ciała składają się z wielkiej liczby podstawowych

Wykład 5 Widmo rotacyjne dwuatomowego rotatora sztywnego

ogromna liczba małych cząsteczek, doskonale elastycznych, poruszających się we wszystkich kierunkach, tory prostoliniowe, kierunek ruchu zmienia się

Jednostki podstawowe. Tuż po Wielkim Wybuchu temperatura K Teraz ok. 3K. Długość metr m

Stany skupienia materii

Wykład Praca (1.1) c Całka liniowa definiuje pracę wykonaną w kierunku działania siły. Reinhard Kulessa 1

Wykład 7: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

Fizyka 14. Janusz Andrzejewski

GAZ DOSKONAŁY. Brak oddziaływań między cząsteczkami z wyjątkiem zderzeń idealnie sprężystych.

Podstawy fizyki sezon 1 X. Elementy termodynamiki

TERMODYNAMIKA Zajęcia wyrównawcze, Częstochowa, 2009/2010 Ewa Mandowska

Podstawy termodynamiki

= = Budowa materii. Stany skupienia materii. Ilość materii (substancji) n - ilość moli, N liczba molekuł (atomów, cząstek), N A

Wykład 6: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

Wykład 6: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

Termodynamika cz. 2. Gaz doskonały. Gaz doskonały... Gaz doskonały... Notes. Notes. Notes. Notes. dr inż. Ireneusz Owczarek

C V dla róŝnych gazów. Widzimy C C dla wszystkich gazów jest, zgodnie z przewidywaniami równa w

Gaz doskonały w ujęciu teorii kinetycznej; ciśnienie gazu

Elementy fizyki statystycznej

Wykład 6 Ciepło właściwe substancji prostych Ciepło właściwe gazów doskonałych Molowe ciepło właściwe gazu doskonałego przy stałej objętości (C )

Mol, masa molowa, objętość molowa gazu

Gaz rzeczywisty zachowuje się jak modelowy gaz doskonały, gdy ma małą gęstość i umiarkowaną

WSTĘP DO ĆWICZEŃ DOTYCZĄCYCH CIEPŁA WŁAŚCIWEGO

Rozkłady statyczne Maxwella Boltzmana. Konrad Jachyra I IM gr V lab

1 I zasada termodynamiki

10. FALE, ELEMENTY TERMODYNAMIKI I HYDRODY- NAMIKI.

Testy Która kombinacja jednostek odpowiada paskalowi? N/m, N/m s 2, kg/m s 2,N/s, kg m/s 2

Karta punktowania egzaminu do kursu Fizyka 1 dla studentów Wydziału Inż. Śr., kier. Inż. Śr. oraz WPPT IB. Zagadnienie 1.

Termodynamika Termodynamika

TERMODYNAMIKA. przykłady zastosowań. I.Mańkowski I LO w Lęborku

WYKŁAD 2 TERMODYNAMIKA. Termodynamika opiera się na czterech obserwacjach fenomenologicznych zwanych zasadami

Wykład 1. Anna Ptaszek. 5 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 1. Anna Ptaszek 1 / 36

Równanie gazu doskonałego

Występują fluktuacje w stanie równowagi Proces przejścia do stanu równowagi jest nieodwracalny proces powrotny jest bardzo mało prawdopodobny.

Wstęp do astrofizyki I

15 Kinetyczna teoria gazów i termodynamika I

INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA

Wykład 3 Zjawiska transportu Dyfuzja w gazie, przewodnictwo cieplne, lepkość gazu, przewodnictwo elektryczne

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

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

1. Od czego i w jaki sposób zależy szybkość reakcji chemicznej?

Termodynamika program wykładu

WYKŁAD NR 3 OPIS DRGAŃ NORMALNYCH UJĘCIE KLASYCZNE I KWANTOWE.

Termodynamika. Część 11. Układ wielki kanoniczny Statystyki kwantowe Gaz fotonowy Ruchy Browna. Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ

ĆWICZENIE 3 REZONANS AKUSTYCZNY

b) Wybierz wszystkie zdania prawdziwe, które odnoszą się do przemiany 2.

Temperatura i energia kinetyczna gazów.

Opracował: dr inż. Tadeusz Lemek

1. Kryształy jonowe omówić oddziaływania w kryształach jonowych oraz typy struktur jonowych.

r. akad. 2005/ 2006 Jan Królikowski Fizyka IBC

Wykład 4. Przypomnienie z poprzedniego wykładu

Teoria kinetyczno cząsteczkowa

Termodynamika. Część 12. Procesy transportu. Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ

Podstawowe pojęcia 1

Podstawowe pojęcia i prawa chemiczne, Obliczenia na podstawie wzorów chemicznych

ZADANIA Z FIZYKI - TERMODYNAMIKA

5. Ruch harmoniczny i równanie falowe

1 Wymagania egzaminacyjne na egzamin maturalny - poziom rozszerzony: fizyka

Termodynamika Techniczna dla MWT, wykład 6. AJ Wojtowicz IF UMK

OBLICZENIA STECHIOMETRIA STECHIOMETRIA: INTERPRETACJA ILOŚCIOWA ZJAWISK CHEMICZNYCH

b) Wybierz wszystkie zdania prawdziwe, które odnoszą się do przemiany 2.

Dotychczasowa teoria: Rzeczywistość:

VIII Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2015/2016

Jednostki Ukadu SI. Jednostki uzupełniające używane w układzie SI Kąt płaski radian rad Kąt bryłowy steradian sr

Gazy. - Uniformly fills any container - Mixes completely with any other gas - Exerts pressure on its surroundings

dn dt C= d ( pv ) = d dt dt (nrt )= kt Przepływ gazu Pompowanie przez przewód o przewodności G zbiornik przewód pompa C A , p 1 , S , p 2 , S E C B

CZAS I PRZESTRZEŃ EINSTEINA. Szczególna teoria względności. Spotkanie II ( marzec/kwiecień, 2013) ZADANIA

Gazy. Ciśnienie F S. p = 1 atm = Pa 1 atm = 760 mm Hg = 760 Torr. - Uniformly fills any container. - Mixes completely with any other gas

Temperatura jest wspólną własnością dwóch ciał, które pozostają ze sobą w równowadze termicznej.

WŁASNOŚCI CIAŁ STAŁYCH I CIECZY

Aerodynamika I Podstawy nielepkich przepływów ściśliwych

Zadania domowe z termodynamiki I dla wszystkich kierunków A R C H I W A L N E

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Statyka Cieczy i Gazów. Temat : Podstawy teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

Temperatura i ciepło E=E K +E P +U. Q=c m T=c m(t K -T P ) Q=c przem m. Fizyka 1 Wróbel Wojciech

Plan wykładu. Termodynamika cz. 2. Gaz doskonały... Gaz doskonały

Inżynieria Chemiczna Transport masy i ciepła

Chemia Fizyczna Technologia Chemiczna II rok Wykład 1. Kierownik przedmiotu: Dr hab. inż. Wojciech Chrzanowski

Zasady oceniania karta pracy

Wykład 1 i 2. Termodynamika klasyczna, gaz doskonały

Układ termodynamiczny Parametry układu termodynamicznego Proces termodynamiczny Układ izolowany Układ zamknięty Stan równowagi termodynamicznej

3. Przejścia fazowe pomiędzy trzema stanami skupienia materii:

INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA

Spis tres ci 1. Wiadomos ci wste pne

Transkrypt:

Ciśnienie i temperatura model mikroskopowy Mikroskopowy model ciśnienia gazu wzór na ciśnienie gazu Mikroskopowa interpretacja temperatury Średnia energia cząsteczki gazu zasada ekwipartycji energii Czy ciepło właściwe przy stałej objętości C V zależy od temperatury?

Czym jest ciśnienie gazu z mikroskopowego punktu widzenia? Założenie: mamy n = N / N A moli gazu doskonałego w sześcianie o objętości V = L 3 jest chaotyczny ruch cząsteczek Zderzenia cząsteczek są doskonale sprężyste masa jednej cz. wynosi m ---------------------------------------------- badamy zderzenie jednej cząski z jedną ścianką sześcianu zmiana pędu cz. w kierunku x : (z kier. y pęd nie zmienia się) p x = mv x mv x = mv x zatem pęd oddany ściance : cz. uderza o ściankę co pewien czas : zatem średni pęd przekazany ściance w jednostce czasu: zle z II zasady dyn. Newtona wiadomo że : p s =mv x t= L v x F = dp dt p x t = m v x L

żeby obliczyć całkowitą siłę wywieraną na ściankę musimy dodać uderzenia wszystkich cz. dzieląc tą siłę przez powierzchnię ścianki otrzymamy ciśnienie na ściankę: p c = F x L = p c = mn L 3 v x 1 m 1 L m < v x >=ϱ < v x > v x L... m N v x N L żaden z kierunków prędkości nie jest wyróżniony więc : L gęstość gazu = mn v x L 3 v x... v x N N średnia kwadratu prędkości cz. w kierunku x < v >=< v x > < v y > < v z > oraz < v x >=< v y >=< v z > p c = mn 3L 3 < v >= ϱ 3 < v > gęstość ϱ= mn L 3 Ciśnienie gazu (wielkość makro) zależy od średniego kwadratu prędkości (wielkość mikro)

korzystając z równania stanu gazu doskonałego : można wyznaczyć prędkość średnią kwadratową : p c = nrt V H He para wodna N O masa molowa 10-3 kg/mol.0 4.0 18.0 8.0 3.0 < v > m/s 190 1370 645 517 483 zależy tylko od temperatury i masy molowej w temp. pokojowej (300 K) Uwaga na różne prędkości,przykład: Prędkość 10-ciu cząsteczek wynosi: 0,1,,3,3,3,4,4,5,6 m/s. Ile wynosi prędkość średnia, średni kwadrat prędkości, średnia prędkość kwadratowa (rms)? < v >= 0 1 3 3 3 4 4 5 6 =3.1m/ s 10 < v >= 0 1 3 3 3 4 4 5 6 =1,5 m / s 10 < v >=v rms =3,5 m/ s są różne

Od czego zależy energia kinetyczna cząsteczek? E k = 1 m v 1 1 m v... 1 m v N= 1 m N < v >= 3 NRT N A średnia energia kinetyczna na jedną cząstkę < E k i >= 3 RT = 3 N A kt zależy tylko od temperatury! nie zależy od rodzaju, masy cząsteczki.itp. można powiedzieć odwrotnie : Temperatura jest miarą ruchu cieplnego cząsteczek stała Boltzmana k= R =1.38 10 3 J N A K =8.6 10 5 ev K liczba Avogadro N A =6.0 10 3 mol 1

Przykład: Jaka jest średnia energia kinetyczna ruchu postępowego cząsteczek tlenu w powietrzu w temperaturze pokojowej (ok. 300 K)? < E > nie zależy od rodzaju gazu!!! < E >= 3 kt = 3 < E >=0.039 ev ( 8.6 10 5 300 )[ ev K K ] ale średnie prędkości kwadratowe są różne: masa molowa O =3 g /mol masa molowa N =8 g / mol < v rms >=483 m/ s < v rms >=571 m/ s

Ze względu na chaotyczny charakter ruchu cieplnego cząsteczek gazu średnia energia kinetyczna jest rozłożona równomiernie na trzy kierunki x,y,z trzy stopnie swobody Okazuje się, że stwierdzenie to rozszerza się na inne stopnie swobody - inne możliwości ruchu cząsteczki. Zasada ekwipartycji ( równego podziału ) energii : Na każdy stopień swobody średnio na jedną cząsteczkę przypada taka sama średnia ilość energii = kt gaz jednotomowy i = 3 (trzy stopnie swobody) średnia en. kin. na jedną cząsteczkę < E k >= 3 kt gaz dwuatomowy * i = 5 (może mieć pięć stopni swobody) < E k >= 5 kt podobne do hantli, tutaj uwzględniamy tylko dwa ruchy rotacyjne jeden nie powoduje zmian ruchu ponieważ masy uznajemy za punktowe gaz wielotomowy * i = 6 (może mieć 6 stopni swobody) tutaj uwzględniamy już wszystkie 3 ruchy rotacyjne < E k >= 6 kt * Tutaj zaniedbujemy ruch oscylacyjny atomów w cząsteczce co oczywiście ma miejsce w realnych gazach wieloatomowych, dlatego np. cząsteczka dwuatomowa może mieć 7 stopni swobody a nie tylko 5.

Energia wewnętrzna gazu doskonałego sprowadza się tylko to energii kinetycznej wszystkich rodzajów ruchu cząsteczek gazu U =nn A < E k >=nn A i kt jednocześnie ciepło właściwe przy stałej objętości jest równe... C V = du n dt i nie powinno zależeć od temperatury C V = i k N A Przykład: gaz rzeczywisty H C V = i R Z doświadczeń wynika, że C v zmienia się w C V (J/mol K) translacje rotacje oscylacje sposób jakby kolejne rodzaje ruchu cząsteczek włączały się wraz z temperaturą. Tutaj teoria klasyczna teoria kinetyczna gazów zawodzi. Temperatura (K) Takie zachowanie C v tłumaczone jest na gruncie mechaniki kwantowej.