Reja: Gaz qonunlari

Molekulyar kinetik nazariyaning asosiy tenglamasi

Har qanday moddaning uch agregat holatidan eng soddasi uning gazsimon holatidir, chunki bu holatda molekulalar orasidagi o`zaro ta`sir kuchlari juda kichik bo`lib, ularni ba`zi hollarda umuman nazarga olmaslik ham mumkin. Shu sababli molekulyar fizikani bayon qilishni biz gazlarning xossalarini o`rganishdan boshlaymiz. Bunda biz dastlab molekulalararo kuchlarni va ularning o`lchamlarini nazarga olmaymiz, ya`ni gazni o`zaro ta`sirlashmaydigan moddiy nuqtalar to`plami deb olamiz.

Yuqoridagi talablarga javob beruvchi, ya`ni o`zaro ta`sirlashmaydigan moddiy nuqtalar to`plami kabi xossalarga ega bo`lgan gaz ideal gaz deb ataladi. Oldindan shuni aytib o`tish lozimki, ideal gaz uchun topilgan nazariy xulosalar siyraklashgan gazlar uchun aniqlangan tajriba ma`lumotlari xulosalariga deyarli mos keladi.
Gazning holatini aniqlovchi asosiy kattaliklardan biri uning bosimidir. Chunki, gaz o`zi turgan idish devorlariga bosim berish xossasi bilan o`zining mavjudligini namoyon qiladi. Gazning idish devorlariga bosimi gaz molekulalarining idish devorlari bilan cheksiz to`qnashuvlari natijasidir. Garchi har bir alohida to`qnashuv vaqtida devor molekulalari bilan o`zaro ta`sir kuchi noma`lum bo`lsada, gazning barcha molekulalarini birgalikda ta`sir qilgandagi o`rtacha kuchini va u orqali gazning bosimini aniqlash mumkin. Molekulyar kinetik nazariya gazning bosimi uchun quyidagi ifodani beradi (I- bobdagi 8, 9 va10 masalalarga e`tibor bering):
(1)
bu yerda m₀ - molekulaning massasi, n-hajm birligidagi molekulalar soni, -molekulalarning o`rtacha kvadratik tezligi. (1) ifodaning o`ng qismini ikkiga bo`lib va ko`paytirib quyidagini olamiz.
(2)
formuladagi - kattalik bitta gaz molekulasining o`rtacha kinetik energiyasini bildiradi. Demak, ideal gazning bosimi hajm birligidagi gaz molekulalarining o`rtacha kinetik energiyasining uchdan ikki qismiga teng ekan. (2) tenglama ko`pincha ideal gazlar kinetik nazariyasining asosiy tenglamasi deb ataladi.
Shuni ta`kidlab o`tish lozimki, gazning bosimi-gazning ko`p sonli molekulalaridan tashkil topganligi bilan bog`liq bo`lgan, uni butunligicha xarakterlovchi, bevosita tajribada o`lchanadigan statistik ma`noga ega bo`lgan makroskopik kattalikdir. Shuning uchun bir yoki bir necha molekula hosil qilgan bosim haqida gapirish ma`noga ega bo`lmaydi.
Gaz holatidagi moddaning xossalari, ayniqsa juda katta bosim va uncha kichik bo‘lmagan temperaturalarda ancha oddiydir. Masalan, bir xil boshlang‘ich bosim va temperaturalarda olingan O₂, N₂ va H₂ kabi gazlar katta bosim (100 atm dan katta) larda siqiluvchanligi va issiqlikdan kengayishi bo‘yicha bir-biridan farq qiladilar. Atmosfera 1 atm ga yaqinlashganda gazlardagi bu farq kamayib ketadi. Shuning uchun real gazlarning chegaraviy holati kabi ideal gaz tushunchasi kiritiladi.
Atmosfera bosimidan deyarli farq qilmaydigan bosimlarda ayniqsa vodorod va geliy ideal gazga yaqindir.
Ideal gaz xossalarining umumiyligi shu bilan tushuntiriladiki, o‘lchamlari va o‘zaro ta’sir kuchlariga bog‘liq bo‘lgan turli modda molekulalarining individual xususiyatlari gaz kuchli siyraklashtirilganda moddaning termik xossalariga bog‘liq bo‘lmay qoladi.
Holat tenglamasi f(р,V,t)=0 dagi har bir parametrni boshqa ikki parametr funksiyasi kabi qarash mumkin: V=V(p,t), p=p(V, t) va t=t(V,p).
Parametrlaridan biri o‘zgarmas bo‘lganda boradigan jarayonlar izojarayonlar deyiladi: izobarik р=соnst, izoxorik V=соnst va izotermik t=соnst.